Безотходный процесс: создан самый прочный бетон в истории — "цемент" для него выделяют люди

Бетон, буквально, является фундаментом современного мира. Почти в любом строительном проекте в мире этот материал используется в той или иной форме. Однако есть проблема: производство одного из его основных компонентов — цемента — ужасно вредно для окружающей среды, пишет Science Alert.

Дело в том, что нагревание и обработка известняка для производства цемента является одним из главных источников выбросов углекислого газа в мире — поэтому ученые находятся в постоянном поиске решения этой проблемы.

В недавнем исследовании, проведенном под руководством инженера-строителя Рагувешем Тивари из Манипальского университета в Джайпуре, ученые, похоже, нашли гениальное решение, которое решит не только проблему производства бетона, но и еще одну — утилизацию человеческих отходов. Добавляя биоуголь, полученный из отходов человеческих экскрементов, перерабатываемых на очистных сооружениях для фекальных отходов, новый бетон оказался на 42% прочнее существующих видов.

По словам ученых, бетон невероятно полезный материал из-за сочетания целого ряда свойств: во влажном состоянии он пластичен и может быть залит почти в любую форму; но он затвердевает, превращаясь в материал, достаточно прочный, чтобы выдерживать огромные нагрузки; он также невероятно долговечный, чтобы прослужить десятилетия.

Как правило, бетон изготавливается из нескольких компонентов в определенных пропорциях:

• песка;
• гравия;
• воды;
• цемента, производимого из известняка.

Увы, эта смесь ингредиентов очень капризна — изменение баланса или замена части ингредиентов может привести к получению бетона, который перестанет быть таким прочны и долговечным. Такой бетон, вероятно, также не будет полезен в качестве строительного материала, поскольку буквально растрескается под давлением.

По словам ученых, одним из наиболее перспективных заменителей цемента является биоуголь — богатый углеродом материал, получаемый путем нагревания органических веществ в среде с низким содержанием кислорода. Хорошие новости — биоуголь можно получать из многих видов органических веществ.

Известно, что люди производят огромное количество органических веществ — до 400 граммов фекалий ежедневно. В разрезе миллиардов человек, живущих на планете, наши канализационные системы невероятно эффективны для производства биоугля.

В Индии были созданы установки по очистке фекального осадка для безопасной утилизации человеческих отходов, которые можно перерабатывать в биоуголь путем пиролиза. В результате, в новом исследовании учены предположили, что если опилки, древесина, рисовая шелуха и другие виды были созданы установки по очистке фекального осадка для безопасной утилизации человеческих отходов, которые можно перерабатывать в биоуголь путем пиролиза, то, вероятно, человеческие фекалии можно использовать для производства биоугля.

В ходе исследования ученые получили уголь из фекального осадка с очистной станции в Индии. Для получения биоугля фекальный осадок высушивают, а затем нагревают в среде с низким содержанием кислорода при температуре от 350 до 450 градусов по Цельсию. Далее биоуголь измельчают и просеивают в мелкий порошок.

Далее ученые использовали этот порошок для замены различного количества цемента — 5, 10 и 15% — в обычном бетоне. Далее этот фекальный бетон подвергли серии испытаний. Результаты показали, что неольшое количество фекалий, на самом деле, лишь улучшило бетон.

Исследователи измерили усадку, прочность на сжатие, прочность на изгиб, водопоглощение и пористость различных смесей, и вот тут-то и началось самое интересное. В целом, самый прочный Бетон, как правило, получали, когда 5% цемента заменяли биоуглем из фекалий. Однако было что-то еще более любопытное: бетон продолжал набирать прочность по мере затвердевания. Исследователи сообщают, что через 91 день смесь с 5-процентным содержанием цемента показала среднее увеличение прочности на сжатие на 20% и прочности на изгиб на 36%. При 10-процентном замене цемента показатели были еще больше: 1% для прочности на сжатие и целых 42% для прочности на изгиб.

Впрочем, бетон из человеческих экскрементов, похоже, уступал в некоторых других параметрах. При 5-процентном содержании он, как правило, поглощал меньше воды и имел меньшую пористость, чем обычный бетон, а также имел меньшую усадку при высыхании. При 10-процентном содержании его характеристики оставались в целом сопоставимыми с обычным бетоном. Любопытно, что при 15-процентном замене цемента бетон все еще становился прочнее по мере затвердевания, но его общая прочность отставала от версий с 5 и 10%.

Почему человеческие фекалии делают бетон прочнее?

Исследователи полагают, что человеческие экскременты делают бетон прочнее по ряду причин, в том числе:

• биоуголь из экскрементов обладает высокой пористостью — это превращает частицы биоугля в крошечные внутренние резервуары, сохраняя воду доступной для химических реакций, которые затвердевают и укрепляют цемент;
• биоуголь богат кремнеземом, который может реагировать с соединениями, образующимися в процессе твердения цемента, образуя больше силикатов кальция — это придает бетону прочность;
• мелкие частицы биоугля могут заполнять зазоры в бетоне и улучшать сцепление его компонентов.

Другие новости науки

• Человечество на пороге ужасающих перемен: пророчество предсказывает скорое появление сверхлюдей
• У Бермудского треугольника обнаружили затонувший город: история его возведения покрыта тайной