Ljudski izmet u građevinarstvu, novi beton čvršći je za čak 42 posto

Tim indijskih naučnika razvio je novu vrstu betona u kojoj je dio cementa zamijenjen biougljenom dobijenim iz mulja ljudskog porijekla.

Studija, objavljena 5. septembra u časopisu Scientific Reports, zasniva se na ispitivanju materijala napravljenog od otpadnih voda prikupljenih u postrojenju za obradu fekalnog mulja u gradu Warangal u indijskoj saveznoj državi Telangana.

Proizvodnja klasičnog cementa, jedne od ključnih komponenti betona, zahtijeva zagrijavanje i preradu krečnjaka, što predstavlja jedan od značajnih izvora emisija ugljičnog dioksida u svijetu.

Kako bi ublažili taj problem i istovremeno ponudili moguće rješenje za zbrinjavanje otpada, istraživači su prikupljeni mulj prvo osušili, a potom ga podvrgnuli procesu pirolize na temperaturama između 350 i 450 stepeni Celzijusa, u okruženju s niskim udjelom kisika.

Dobijeni biougljen zatim je samljeven u fini prah i korišten kao zamjena za pet, 10 i 15 posto cementa u standardnim betonskim smjesama.

Hemijske reakcije tokom očvršćavanja

Autori studije navode da dodavanje ovog materijala može značajno poboljšati svojstva betona.

Laboratorijska ispitivanja pokazala su da je smjesa u kojoj je pet posto cementa zamijenjeno biougljenom ostvarila najbolju ukupnu čvrstoću, uz smanjenu poroznost, manje upijanje vode i manje skupljanje tokom sušenja u odnosu na klasični beton.

Nakon 91 dana očvršćavanja, ova varijanta zabilježila je povećanje tlačne čvrstoće za 20 posto, dok je savojna čvrstoća povećana za 36 posto.

Kod zamjene 10 posto cementa zabilježeni su još izraženiji rezultati. Tlačna čvrstoća povećana je za 21 posto, dok je savojna čvrstoća porasla za čak 42 posto.

Istraživači objašnjavaju da je povećana čvrstoća posljedica nekoliko povezanih procesa.

Biougljen je izrazito porozan i djeluje poput svojevrsnog mikroskopskog spremnika koji zadržava vodu i postepeno je oslobađa tokom vezivanja. Na taj način održavaju se hemijske reakcije potrebne za očvršćavanje betona.

Osim toga, biougljen je bogat silicijskim dioksidom, koji reaguje sa spojevima cementa i stvara kalcijske silikate. Taj proces ima određene sličnosti s reakcijama koje su se odvijale u nekim vrstama drevnog rimskog betona.

Više biougljena ne znači i čvršći beton

Fino samljevene čestice biougljena istovremeno popunjavaju praznine u smjesi. Mikroskopska analiza pokazala je gušću strukturu kod betona s manjim udjelom biougljena.

Međutim, kod zamjene 15 posto cementa rezultati su bili znatno slabiji. Takva smjesa pokazala je lošije performanse i narušenu strukturu s većim brojem pukotina.

To ukazuje da količina biougljena mora biti pažljivo određena kako bi se ostvarile prednosti bez narušavanja strukture betona.

Slijede dodatna testiranja

Iako su rezultati obećavajući, autori studije naglašavaju da su potrebna dodatna istraživanja prije eventualne primjene ovog materijala u građevinskom sektoru.

Potrebno je ispitati kako bi se materijal ponašao u stvarnim uslovima, uključujući cikluse smrzavanja i odmrzavanja, izloženost soli i ekstremnim temperaturama.

Posebnu pažnju zahtijeva i dugoročna analiza zadržavanja teških metala koji se mogu nakupljati u otpadnom mulju.

Tek nakon dodatnih testiranja bit će moguće procijeniti može li se ovakav beton sigurno i efikasno koristiti u građevinarstvu.