Czy cement może być bardziej ekologiczny i jednocześnie równie trwały jak ten, który znamy? Naukowcy z Politechniki Lubelskiej sprawdzali to w jednym z najbardziej prestiżowych ośrodków badawczych świata – Argonne National Laboratory w USA. Eksperymenty przeprowadzali w ramach podpisanej w kwietniu umowy o współpracy między obiema instytucjami.
Członkowie zespołu badawczego MSAGroup z Politechniki Lubelskiej: dr inż. Martyna Janek, dr inż. Joanna Styczeń, dr inż. Joanna Fronczyk, dr Rafał Panek oraz prof. Wojciech Franus prowadzą badania nad nowoczesnymi kompozytami cementowymi. Szukają dodatków mineralnych (zeolity, popioły lotne, żużle), które mogą zastąpić główne składniki cementu. To bardzo istotne, bo produkcja jednej tony cementu wiąże się z emisją do atmosfery nawet tony dwutlenku węgla.
– W laboratorium Argonne mogliśmy przeprowadzić pomiary, których nie jesteśmy w stanie zrobić w Polsce. To laboratorium ma ponad 30 unikalnych linii badawczych, które wykorzystują światło synchrotoronowe, czyli promieniowanie, które posiada ogromną intensywność (miliony razy mocniejszą od światła, które dociera do Ziemi ze Słońca). Światło to jest skupione w bardzo wąską wiązkę równoległych promieni. Dzięki temu możliwe są badania zarówno powierzchni, jak i wnętrza materiałów – tłumaczy prof. Wojciech Franus, kierownik Katedry Inżynierii Materiałów Budowalnych i Geoinżynierii Politechniki Lubelskiej i dodaje: – Skupiliśmy się na badaniu przemian chemicznych i mineralnych, jakie zachodzą w próbkach stanowiących mieszaniny trzech składników mineralnych: cementu portlandzkiego (allitu i belitu), materiałów porowatych (zeolitów naturalnych i syntetycznych) oraz wody.
Eksperymenty prowadzone były w kapilarach (rurkach) o średnicy 2 mm, co wymagało ogromnej precyzji i specjalnej techniki w przygotowaniu materiałów do badań. W każdej rurce znajdowały się inne proporcje pomiędzy analizowanymi składnikami. Tak przygotowane próbki umieszczano na linii pomiarowej, gdzie „prześwietlano” je promieniowaniem rentgenowskim i obserwowano zmiany w składzie mineralnym powstających produktów.
– W pierwszym etapie eksperymentu rejestrowaliśmy zmiany zachodzące co pięć minut, a następnie co godzinę przez 48 godzin. Szczególnie interesowały nas produkty mineralne, które tworzą się w pierwszych minutach i godzinach dojrzewania zaczynów cementowych. Wtedy powstają zarodki fazy C-S-H, której struktura bezpośrednio wpływa wzrost wytrzymałości kompozytów cementowych (zapraw, tynków, betonów). Poznanie mechanizmów tworzenia się fazy C-S-H jest niezwykle pomocne w projektowaniu składu mineralnego niskoemisyjnych cementów. Nasze eksperymenty wykazały, że wykorzystywane w badaniach zeolity, w zależności od typu struktury krystalicznej, mogą stanowić zamiennik cementu w ilości od 15 do 30 procent – podsumowuje profesor Wojciech Franus.
Dodatkowe informacje: prof. Wojciech Franus, kierownik Katedry Inżynierii Materiałów Budowalnych i Geoinżynierii Politechniki Lubelskiej, tel. 606 303 403.