Исследование показывает, что продукт на основе угля может заменить песок в бетоне

Кредит: ACS Applied Materials & Interfaces (2023).Doi: 10.1021/acsami.3c15156

Исследование, проведенное исследователями Университета Райса, опубликованное в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, показало, что графен, полученный из металлургической колы, угля, может служить не только в качестве армирующей добавки в цементе, но и в качестве замены песка в бетоне.

«Это может оказать большое влияние на одну из крупнейших отраслей в мире», - сказал Джеймс Тур, Райс Т. Т. Т. и профессор У. Ф. Чао и профессор химии, материаловедения и наноинженерии.«Мы сравнили бетон, изготовленный с использованием заместителя графена заместителя агрегата бетоном, сделанным с использованием подходящих песчаных заполнителей, и обнаружили, что наш бетон на 25% легче, но так же жестко».

Бетон, смесь заполнителей, таких как песок и гравий, связанный с цементом и водой, имеет важное значение для городского развития.Поскольку 68% населения глобального населения, ожидается, будет жить в городских районах к 2050 году, спрос на бетон и, следовательно, добыча песка, по прогнозам, прогнозируется значительно расти.Это утроилось за последние два десятилетия, достигнув около 50 миллиардов тонн в год.Тем не менее, это составляет значительные затраты на окружающую среду.

Производство цемента, ключевой компонент бетона, составляет 8% мировых выбросов углекислого газа.Более того, добыча песка, в основном нерегулируемой, представляет серьезные угрозы для речных и прибрежных экосистем.Согласно отчету Организации Объединенных Наций 2022 года, этот растущий спрос на песок в сочетании с ростом населения и расширением городской деятельности может вскоре вызвать «песчаный кризис».

Применяя свою фирменную технику нагрева в джоуле в металлургическую колу, Tour Lab создала тип графена, который может служить заменой песка в бетоне.

«Первоначальные эксперименты, в которых металлургическая кола была преобразована в графен, привели к материалу, который оказался аналогичным по размеру с песком», - сказал Пол Адунункула, докторант риса, который является ведущим автором исследования.«Мы решили изучить использование металлургического графена, полученного из кокса, в качестве полной замены песка в бетоне, и наши выводы показывают, что он будет работать очень хорошо».

Тесты, сравнивающие обычный бетон с бетоном из графена, показывают многообещающие результаты.Бетон на основе графена не только соответствует механическим свойствам стандартного бетона, но также предлагает более высокое соотношение прочности к весу.

Тур -лаборатория использовала отопление Flash Joule для различных применений, в том числе гибридные углеродные наноматериалы, синтез аккумулятора и удаление тяжелых металлов из угольной летучей золы.

«Этот метод производит графен быстрее и в более широком масштабе, чем предыдущие методы», - сказал Андункула.

С возможностью снижения зависимости от природных песков и более низких выбросов углерода от бетонной промышленности, эта новая технология может привести к более устойчивой практике развития городских работ.

«Потребуется некоторое время, чтобы цена графена стала достаточно низкой, чтобы сделать это жизнеспособным», - сказал Тур.«Но это просто показывает, что есть альтернативы, которые мы можем преследовать».

Сатиш Нагараджайя, профессор гражданского и экологического инженера и машиностроения, который является соответствующим автором исследования, подчеркнул, что «30% бетона состоит из песка - значительной части».

«Тот факт, что мы находимся на грани« песчаного кризиса », побуждает нас искать альтернативы, и металлургический кокс, который стоит примерно так же, как песок примерно в 10% от стоимости бетона, может помочь не только лучше-Качество бетона, но также в конечном итоге приводит к значительной сбережениям », -сказал Нагараджая.

Больше информации: Paul A. Advincula и др., Замена бетонных загревателей на угольный флэш-графен, ACS Applied Materials & Interfaces (2023).Doi: 10.1021/acsami.3c15156