Czy cement może być jednocześnie trwalszy i bardziej przyjazny środowisku? Odpowiedzi na to pytanie podjęli się naukowcy z Politechniki Lubelskiej, prowadząc badania w jednym z najbardziej renomowanych ośrodków badawczych na świecie – Argonne National Laboratory w USA.

Zespół MSAGroup: dr inż. Martyna Janek, dr inż. Joanna Styczeń, dr inż. Joanna Fronczyk, dr Rafał Panek oraz prof. Wojciech Franus, sprawdzał, jak dodatki mineralne – zeolity, popioły lotne i żużle – mogą zastąpić tradycyjne składniki cementu. To szczególnie istotne, ponieważ produkcja jednej tony cementu wiąże się z emisją do atmosfery nawet tony CO₂.

Zaawansowane eksperymenty w Argonne

Badania w Argonne umożliwiły naukowcom wykonanie pomiarów niedostępnych w Polsce. Dzięki światłu synchrotronowemu – miliony razy silniejszemu od promieniowania słonecznego – możliwe było śledzenie przemian chemicznych i mineralnych w próbkach cementowych z niezwykłą dokładnością. Eksperymenty prowadzono w kapilarach o średnicy 2 mm, z różnymi proporcjami składników. Rejestrowano zmiany zachodzące co pięć minut, a następnie co godzinę przez 48 godzin, koncentrując się na tworzeniu fazy C-S-H – kluczowej dla wytrzymałości cementu. Wyniki wykazały, że w zależności od struktury krystalicznej, zeolity mogą zastąpić od 15 do 30 proc. cementu portlandzkiego, co otwiera drogę do produkcji niskoemisyjnych, a zarazem wytrzymałych kompozytów.

  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.

Źródło: Politechnika Lubelska