Tim istraživača razvio je betonsku smjesu u kojoj je dio cementa zamijenjen biougljenom proizvedenim iz tretiranog fekalnog mulja, a laboratorijska ispitivanja pokazala su da određeni udjeli ovog materijala mogu poboljšati čvrstoću i druga svojstva betona.
Studija je objavljena 5. septembra u časopisu Scientific Reports, a korišten je materijal iz postrojenja za tretman fekalnog mulja u Warangalu, u indijskoj saveznoj državi Telangana, prenosi Dnevno.hr.
Cilj istraživanja bio je istovremeno smanjiti količinu cementa potrebnu za proizvodnju betona i pronaći novu mogućnost upotrebe otpada iz sanitarnih sistema.
Mulj zagrijavali do 450 stepeni
Istraživači su fekalni mulj osušili, a zatim ga podvrgnuli pirolizi u uslovima s ograničenom količinom kisika.
Materijal je zagrijavan na temperaturama između 350 i 450 stepeni Celzijusa, približno 10 stepeni u minuti, a na najvišoj temperaturi zadržan je oko dva sata kako bi se omogućila karbonizacija.
Dobijeni biougljen potom je samljeven i korišten kao djelimična zamjena za cement.
Istraživači su ispitali smjese u kojima je zamijenjeno 5, 10 i 15 posto cementa.
Rezultati pokazuju da veća količina biougljena ne znači automatski i bolji beton.
Savojna čvrstoća porasla 42 posto
Nakon 91 dana očvršćavanja, beton u kojem je pet posto cementa zamijenjeno biougljenom imao je oko 20 posto veću tlačnu i 36 posto veću savojnu čvrstoću u odnosu na kontrolnu smjesu.
Još izraženije vrijednosti zabilježene su kod udjela od 10 posto.
Tlačna čvrstoća tada je bila 21 posto veća, dok je savojna čvrstoća porasla za čak 42 posto.
Zbog toga se brojka od 42 posto ne odnosi na ukupnu ili svaku vrstu čvrstoće betona, nego konkretno na njegovu otpornost na savijanje.
Smjese s manjim udjelom biougljena pokazale su i povoljne rezultate kada je riječ o poroznosti, upijanju vode i skupljanju tokom sušenja.
Kod udjela od 15 posto rezultati više nisu bili jednako povoljni. Veća koncentracija biougljena počela je negativno utjecati na mehanička i druga svojstva materijala.
Zašto biougljen može pomoći
Autori navode nekoliko mogućih razloga za poboljšanja.
Biougljen ima poroznu strukturu koja može zadržavati vodu i postepeno je oslobađati tokom očvršćavanja betona. Na taj način može pomoći reakcijama hidratacije cementa.
Fino samljevene čestice također mogu popunjavati sitne praznine u materijalu i doprinositi gušćoj mikrostrukturi.
Prema studiji, hemijski sastav biougljena omogućava i pucolanske reakcije koje doprinose stvaranju spojeva važnih za čvrstoću cementnog materijala.
Mikroskopske analize pokazale su kompaktniju strukturu kod pogodnijih koncentracija biougljena, dok je kod većeg udjela uočeno više nepravilnosti i slabija struktura.
I teški metali ostaju važno pitanje
Jedan od važnih izazova kod korištenja fekalnog mulja jeste prisustvo teških metala i drugih nečistoća.
Istraživači su zabilježili smanjenje koncentracije pojedinih teških metala u betonskim uzorcima s većim udjelom biougljena, što ukazuje na mogućnost njihovog vezivanja unutar materijala.
Ipak, to ne znači da je pitanje dugoročne sigurnosti riješeno.
Autori naglašavaju da su potrebna dodatna istraživanja kako bi se utvrdilo mogu li se teški metali tokom godina ispirati iz betona i kakvo bi bilo njihovo ponašanje u realnim građevinskim uslovima.
Još nije spreman za masovnu gradnju
Rezultati su zasad laboratorijski i novi materijal još nije spreman za rutinsku primjenu u građevinarstvu.
Potrebno je ispitati njegovo ponašanje tokom dugog vremenskog perioda, uključujući izloženost ciklusima smrzavanja i odmrzavanja, solima, visokim temperaturama i drugim vremenskim utjecajima.
Studija ipak pokazuje da biougljen dobijen iz fekalnog mulja može imati potencijal kao djelimična zamjena za cement, posebno u koncentracijama od pet do deset posto.
Ako buduća ispitivanja potvrde njegovu sigurnost i trajnost, ovakav pristup mogao bi istovremeno pomoći u smanjenju potrošnje cementa i pronalaženju korisne namjene za dio otpada iz sistema za tretman fekalnog mulja.
Izvor: Dnevno.hr / Scientific Reports
