Збільшення міцності на 13%: хімікам нарешті вдалося зафіксувати, як саме ін’єкції CO₂ покращують бетон

Протягом багатьох років компанії впорскували вуглекислий газ у бетон, щоб утримувати викиди та покращувати його початкові характеристики. Будівельна галузь прийняла цей підхід, хоча дослідники не могли повністю пояснити, чому він працює. Тепер науковці з MIT заявляють, що їм нарешті вдалося спостерігати за цією хімією в режимі реального часу. Дослідження опубліковане в Journal of the American Ceramic Society.

Читайте также: Netflix показав трейлер “Останнього дому” — сімейна пастка від режисера “Форсажу 10”

Отримані результати можуть допомогти інженерам точніше налаштовувати низьковуглецеві технології виробництва бетону, які вже виходять на ринок по всій території Сполучених Штатів. Робота також дає чіткіше уявлення про те, як цемент — один із найбільш вуглецеємних матеріалів у світі — може зберігати уловлений вуглець, зберігаючи при цьому свої експлуатаційні характеристики.

Відстеження прихованих реакцій

Дослідники з Центру сталого розвитку бетону MIT та кафедри цивільної й екологічної інженерії використовували конфокальну раманівську мікроскопію для безперервного спостереження за зразками цементу протягом перших 24 годин їхнього твердіння. Ця методика ідентифікує матеріали шляхом аналізу того, як лазерне світло взаємодіє з хімічними зв’язками. Кожна сполука залишає власний характерний спектральний підпис.

Попередні дослідження переважно спиралися на теорію та непрямі вимірювання, оскільки реакції відбувалися надто швидко, щоб їх могли зафіксувати звичайні інструменти.

Команда виявила, що вуглекислий газ спочатку захоплює кальцій, який вивільняється під час розчинення цементу. Цей тимчасовий зсув уповільнює нормальну гідратацію та змінює середовище всередині цементної пасти.

Читайте также: ASUS випустила ПК за $100 тис. з 748 ГБ оперативної пам’яті та NVIDIA GB300

Шаблон, що зникає

Коли кальцій зв’язується, розчинені силікати поширюються по матеріалу та формують взаємопов’язану мережу силікагелю. Цей гель існує лише короткий час. Після того як увесь введений вуглекислий газ мінералізується через кілька годин, звичайна гідратація відновлюється. Утворюється гідроксид кальцію, який одразу реагує із силікагелевою мережею. У результаті цієї реакції формується гідросилікат кальцію, або C-S-H — сполука, що відповідає за зв’язувальну міцність цементу.

Однак, на відміну від звичайного цементу, цей новий C-S-H розвивається по всьому матеріалу, а не концентрується навколо частинок цементу.

Міцніший бетон, нові можливості

Змінений шлях реакції залишає після себе більш однорідну внутрішню структуру. Під час випробувань цементна паста, що містила кількість вуглекислого газу, еквівалентну 1% маси цементу, продемонструвала в середньому на 13% вищу міцність на стиск через 24 години порівняно з контрольними зразками. Отримані результати також ставлять під сумнів попередні припущення. Дослідники виявили, що частинки карбонату кальцію більше виступають спостерігачами, ніж рушійною силою розвитку міцності.

Дослідники застерігають, що дозування залишається критично важливим фактором. Надмірна кількість вуглекислого газу може зв’язати занадто багато кальцію та порушити корисні реакції. Попри це, робота дає інженерам дорожню карту для створення міцніших і менш вуглецеємних цементних матеріалів для майбутніх інфраструктурних проєктів.

Читайте также: Apple iOS 27 матиме ще 3 неанонсовані функції, і не забуваємо про Liquid Glass, — Марк Ґурман

Джерело: Interesting Engineering