Skrytá chemie odhalena: Vstřikování CO₂ posiluje cement o 13 % a otevírá cestu k udržitelnějšímu stavebnictví
InovaceVědci z Massachusettského technologického institutu (MIT) poprvé přímo vizualizovali chemické reakce, které probíhají při vstřikování oxidu uhličitého (CO₂) do čerstvé cementové pasty.
Vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT) poprvé přímo vizualizovali chemické reakce, které probíhají při vstřikování oxidu uhličitého (CO₂) do čerstvé cementové pasty. Jejich převratný objev vysvětluje, proč takto upravený cement získává pevnost rychleji, a otevírá nové možnosti pro ekologičtější a odolnější stavební materiály.
Vstřikování CO₂ do cementových výrobků, jako je beton, je slibnou metodou pro ukládání uhlíku a jeho odstranění z atmosféry. Tato technologie již přilákala komerční zájem a roste počet společností nabízejících betony s příměsí CO₂. Až dosud však nebylo možné přímo pozorovat základní chemické procesy, které se uvnitř materiálu odehrávají. Díky Ramanově konfokální mikroskopii se vědcům pod vedením docenta Admira Masice a studenta Marcina Hajduczka podařilo zachytit tyto prchavé reakce v reálném čase.
Během 24 hodin nepřetržitého skenování pozorovali třífázové chemické dění. V okamžiku přidání CO₂ do čerstvé cementové pasty se oxid uhličitý rozpustí v pórovém roztoku a reaguje s vápníkem uvolněným z rozpouštějícího se slínku, čímž se sráží jako různé formy uhličitanu vápenatého. Tento proces, který probíhá během první hodiny, dočasně zpomaluje normální hydratační reakci, která vápník potřebuje. Bez dostupného vápníku se silikáty uvolněné ze slínku rozpouštějí a srážejí se daleko od svého zdroje, spojují se do řetězců a vytvářejí propojenou síť křemičitého gelu v celé pastě. Tento amorfní, prchavý gel připravuje půdu pro další fázi.
Jakmile je vstříknutý CO₂ plně mineralizován – přibližně čtyři až pět hodin po smíchání – obnoví se normální hydratace. Hydroxid vápenatý se začne srážet do pórového prostoru a reaguje s přítomnou sítí křemičitého gelu. Reakce mezi těmito dvěma fázemi začíná okamžitě a produkuje hydrát křemičitanu vápenatého (C-S-H), sloučeninu, která dodává cementu jeho vazebnou schopnost. Tato forma C-S-H je odlišná tím, že se netvoří shluknutá kolem částic slínku jako při konvenční hydrataci, ale je rovnoměrně distribuována po celé matrici, všude tam, kde se rozšířil křemičitý gel. Během osmi hodin je křemičitý gel téměř zcela spotřebován a rychle se přemění na další C-S-H.
Výsledná mikrostruktura je díky rovnoměrnějšímu rozložení nového pojiva silnější a jednotnější již v raném věku. Ve studii dosáhla pasta smíchaná s CO₂ v poměru 1 % hmotnosti cementu v průměru o 13 % vyšší pevnosti v tlaku po 24 hodinách ve srovnání s referenčními směsmi. Pochopení tohoto mechanismu umožňuje vědcům optimalizovat proces a dále zkoumat mechanické vlastnosti křemičitého gelu. Správné dávkování CO₂ je klíčové. Teoreticky by tato metoda mohla kompenzovat až 40 % emisí uhlíku z výroby cementu, což představuje významný krok k udržitelnějšímu stavebnictví.