Miljøvenlig cement stærkere den almindelig cement
Ny forskning fra Niels Bohr Institutet viser, at cement, som er tilsat affaldsaske fra sukkerproduktion, bliver stærkere end almindelig cement. Forskningen viser, at asken er med til at binde vandet i cementen, så den bliver stærkere, kan tåle et højere tryk og smuldrer mindre. Samtidigt sparer man energi og reducerer dermed forureningen i tilknytning til cementproduktionen. Resultaterne er publiceret i det videnskabelige tidsskrift, Scientific Reports.
IRIS instrumentet set fra oven. Cementprøven sænkes 120 cm ned i en cryostat, således at den bliver ramt af neutronstrålen. Cryostaten tømmes for luft for at forhindre signalstøj fra luften.
Cement består af kalk og ler, som blandes sammen og opvarmes ved høj temperatur i en cementovn. Herefter knuses blandingen til et pulver. Når cementpulveret blandes med vand sker der en kemisk proces, som gør, at cementblandingen hærder. Cement bruges som byggemateriale overalt på Jorden.
I nogle lande, hvor man dyrker sukkerrør, har man i mange år blandet et affaldsprodukt fra sukkerproduktionen i cementblandingen. Når sukkeret er trukket ud af sukkerrørene har man en masse fiberrester, som bruges til brændsel i energiproduktion. Fra energiproduktionen får man så en masse aske, som man skal af med, og i nogle lande, f.eks. Cuba og Brasilien han man blandet asken i cementblandinger. Det viste sig, at cementkvaliteten ikke tog skade af at få blandet aske i. Faktisk blev den stærkere. Men hvorfor?
"Jeg har studeret cement med neutronspredning i flere år, og forskerkolleger i Brasilien spurgte, om jeg kunne tænke mig at analysere prøver af cement, som var iblandet affaldsprodukter i form af aske. Jeg besluttede mig for at sige ja til projektet, som gik ud på at undersøge egenskaberne på nano-niveau og kortlægge vandets bevægelser i cementen. Styrken af cement er direkte forbundet med, hvor meget af vandet, der bliver kemisk bundet. Jo mere vandet kan bevæge sig rundt, jo dårligere er det for styrken", fortæller Heloisa Bordallo, der forsker i nanofysik på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.
Neutronspredning afslører vand
Cementpulveret pakkes ind i aluminiumsfolie og anbringes i en prøveholder. Prøveholderen forsegles med Indium tråd og 22 skruer.
Fra Brasilien fik Heloisa Bordallo tilsendt en mængde cementprøver med aske. Prøverne indeholdt cement med forskellige mængder af aske fra sukkerrørsproduktionen. De skulle nu undersøges i deres allerinderste struktur. Det foregik på ISIS-anlægget i England. En prøve anbringes i et instrument, hvor det beskydes med neutroner.
"Ved hjælp af neutronspredning kan vi se, hvordan vandet inde i cementen opfører sig. Man skyder neutroner ind på prøven, og når neutronerne rammer vandets brintatomer, vekselvirker de, og neutronerne spredes ud og opfanges af detektorer. Det gentager vi i flere timer, og ved at analysere målingerne kan vi se, hvordan vandet inde i prøven bevæger sig", fortæller Johan Jacobsen, der udførte forsøgene som en del af sit speciale på kandidatstudiet i fysik på Niels Bohr Institutet.
Undersøgelserne viste, at den cement, som var iblandet ca. 20 procent aske havde gode egenskaber. Vandet i cementens porer var blevet bundet til asken og bevægede sig mindre rundt. Det forklarer, hvorfor aske-cementen er stærkere, kan tåle et højere tryk og vil smuldre mindre.
Perspektiver for miljøvenlig aske-cement
Cement er typisk en uge om at størkne, og efter en måned er 70 procent af processen afsluttet, men processen fortsætter i mange år. Almindelig cement er generelt stærkere de første måneder end aske-cementen, men efter et år er aske-cementen stærkere end den almindelige cement.
Cement er fyldt med porer. I friskblandet cement vil de største porer være fyldt med vand og efterhånden som cementen ældes vil dette vand gradvist bevæge sig fra de store porer over i de små porer og blive kemisk bundet til cementstrukturen. Efter 28 dage anses de store porer for at være helt tømte for vand.
Aske-cement har været brugt i mange år, men kun lokalt. Nu kan det få store perspektiver.
"Cementindustrien er enorm, og hvis de skal tage en ny idé til sig, skal de have beviser for, at det virker. Nu har vi undersøgt cement iblandet aske og vist, hvad der foregår og hvorfor det er stærkere. Cementproduktion bruger meget energi og udleder store mængder CO2, da det skal varmes op til så høje temperaturer. Cementproduktion står for 5 procent af CO2-udledningerne globalt. Hvis man erstatter 20 procent af indholdet med aske, sparer man både CO2-udslip og man sparer råvarer, da man bruger 20 procent mindre ved at udnytte et affaldsprodukt som aske", siger Heloisa Bordallo.