Инженеры разработали новый вид бетона, обладающий повышенной прочностью по сравнению с традиционными материалами и способный улавливать углекислый газ из атмосферы. Исследование, опубликованное в журнале Carbon Research, показало, что добавление определённых природных компонентов позволяет бетону выполнять дополнительную функцию — способствовать удалению CO2 из окружающего воздуха.

Состав и особенности нового бетона

Разработка была проведена в инженерном колледже Мепко Шленк в Индии с целью создания более экологичных строительных материалов. В качестве добавок использовались два природных вещества: цеолит — минерал с высокой пористостью, и бамбуковый биоуголь — материал с высоким содержанием углерода. Оба компонента обладают развитой пористой структурой и большой удельной поверхностью, что делает их эффективными для захвата газовых молекул.

Проведение испытаний

В ходе экспериментов были протестированы различные варианты бетонной смеси марки М35, применяемой в дорожной инфраструктуре со средним уровнем трафика. Цеолит заменялся в составе мелкого заполнителя на 25% и 50%, а бамбуковый биоуголь добавлялся вместо цемента в концентрациях 0,5%, 1% и 1,5%. Каждая формула оценивалась по ряду характеристик: прочность на сжатие, прочность на раскалывание, водопоглощение и ударная стойкость. Целью было получить смесь, способную поглощать больше CO2 без снижения прочности, а в идеале — с её увеличением.

Результаты испытаний

Наиболее эффективной оказалась смесь с 50% цеолита и 1% бамбукового биоугля (обозначенная как ZB5). Прочность на сжатие достигла 38,49 МПа, что на 7,48% выше, чем у обычного бетона, а прочность на раскалывание составила 4,39 МПа, что на 15% больше по сравнению со стандартной смесью. Повышение прочности связывается с взаимодействием алюмосиликатной структуры цеолита и твёрдости биоугля, что приводит к формированию более плотной и долговечной цементной матрицы.

Способность к улавливанию CO2

Смесь ZB5 также показала способность поглощать углекислый газ. В условиях камеры карбонизации бетон улавливал 1,2 грамма CO2 в сутки, а за семь дней газ проникал на глубину до 15 мм в материал. Такой эффект объясняется микропористой структурой цеолита и высоким содержанием углерода в биоугле, что позволяет бетону выполнять не только строительные функции, но и служить средой для улавливания атмосферного CO2.

Перспективы применения

Результаты указывают на возможность создания строительных материалов с минимальным углеродным следом. Бетон по формуле ZB5 может быть особенно полезен в зонах с повышенной концентрацией CO2, например, для дорожных покрытий, парапетных стен автомагистралей и канализационных труб. Такие конструкции смогут выполнять свои традиционные инженерные задачи и одновременно способствовать снижению содержания углекислого газа в окружающей среде.

Дальнейшие исследования

В настоящее время технология находится на стадии концепции и требует дополнительного тестирования для широкого внедрения. В будущих исследованиях планируется изучить долговременное поведение бетона, сохранение его прочности и способности поглощать CO2, а также протестировать другие виды биоугля и различные марки бетона и растворов. Будет также исследовано, может ли предварительное замачивание биоугля повысить эффективность материала. Эти эксперименты помогут определить возможность масштабирования технологии для коммерческого и промышленного применения. В случае успеха строительная отрасль сможет создавать более прочную инфраструктуру с меньшим воздействием на окружающую среду.