Beton budoucnosti: Vstřikování CO2 zvyšuje jeho pevnost o 13 % a pomáhá snižovat emise

Společnosti již léta vstřikují oxid uhličitý do betonu, aby zachytily emise a zlepšily jeho počáteční vlastnosti. Stavební průmysl tuto metodu přijal, ačkoliv vědci nedokázali plně vysvětlit, proč funguje.

Společnosti již léta vstřikují oxid uhličitý do betonu, aby zachytily emise a zlepšily jeho počáteční vlastnosti. Stavební průmysl tuto metodu přijal, ačkoliv vědci nedokázali plně vysvětlit, proč funguje. Nyní vědci z MIT oznámili, že konečně sledovali chemické procesy v reálném čase a odhalili tak tajemství této technologie.

Tým využil laserové zobrazování k zachycení rychlých reakcí, které nastávají, když se oxid uhličitý setká s čerstvou cementovou pastou. Pozorování odhalila dočasnou chemickou cestu, která mění způsob tvrdnutí materiálu. Tento proces vytváří rovnoměrněji rozloženou vazebnou strukturu a výrazně zvyšuje počáteční pevnost betonu.

Pro monitorování vzorků cementu během prvních 24 hodin tvrdnutí použili vědci z MIT Ramanovu konfokální mikroskopii. Tato technika identifikuje materiály analýzou interakce laserového světla s chemickými vazbami, přičemž každá sloučenina zanechává odlišný spektrální otisk. Předchozí studie se spoléhaly převážně na teorii a nepřímá měření, protože reakce probíhaly příliš rychle pro konvenční nástroje.

Vědci zjistili, že oxid uhličitý zpočátku zachycuje vápník uvolněný během rozpouštění cementu. Tento dočasný posun zpomaluje normální hydrataci a mění prostředí uvnitř pasty. Jakmile je vápník vázán, rozpuštěné silikáty se šíří materiálem a vytvářejí propojenou síť křemičitého gelu, která však existuje jen krátce.

Jakmile se vstřikovaný oxid uhličitý o několik hodin později plně mineralizuje, obnoví se standardní hydratace. Vzniká hydroxid vápenatý, který okamžitě reaguje s křemičitou sítí. Tato reakce produkuje hydrát křemičitanu vápenatého (C-S-H), sloučeninu zodpovědnou za vazebnou pevnost cementu. Na rozdíl od běžného cementu se však tento nový C-S-H vyvíjí v celém materiálu, namísto shlukování kolem cementových částic, což vede k rovnoměrnější vnitřní struktuře.

Při testech dosáhla cementová pasta obsahující oxid uhličitý v množství rovném 1 % hmotnosti cementu v průměru o 13 % vyšší pevnosti v tlaku po 24 hodinách než referenční vzorky. Tato zjištění také zpochybňují dřívější předpoklady, neboť vědci zjistili, že částice uhličitanu vápenatého působily spíše jako pozorovatelé než jako hybatelé vývoje pevnosti. Díky pochopení mechanismu za zlepšeným výkonem mohou inženýři začít proces kontrolovat. Je však důležité dbát na správné dávkování, neboť nadměrné množství oxidu uhličitého může vázat příliš mnoho vápníku a narušit prospěšné reakce. Tato práce nabízí inženýrům plán pro navrhování pevnějších a nízkouhlíkových cementových výrobků pro budoucí infrastrukturní projekty.