Odpady w mieszance cementowej

Roczną światową produkcję cementu szacuje się na blisko trzy miliardy ton. Wyrób końcowy jest źródłem stosunkowo niewielkich emisji dwutlenku węgla. Jednak masowa skala produkcji cementu oznacza, że przemysł ten odpowiada za około 5–8% światowych emisji związanych z działalnością człowieka.

Jednym ze skutecznych sposobów na ograniczenie tego negatywnego wpływu na środowisko jest mieszanie tzw. cementu portlandzkiego (wytwarzanego z surowców zawierających wapień i gips) z SCM. Ze względu na spadek podaży konwencjonalnych SCM, takich jak popiół lotny i żużel wielkopiecowy, konieczne jest znalezienie lokalnie dostępnych zrównoważonych materiałów alternatywnych. Aby poprawić szybkość i efektywność tych prac, naukowcy zainicjowali finansowany ze środków UE projekt "Analysis and modelling of the reactivity of pozzolans during cement hydration" (AMORPH).

Uczeni badali wpływ różnych SCM oraz chemii roztworów na ich nanoskalowe rozpuszczanie się i wytrącanie. Prace koncentrowały się na bardziej zrównoważonych materiałach, w tym produktach ubocznych produkcji przemysłowej, odpadach komunalnych czy niskoenergetycznych materiałach naturalnych.

Naukowcy modelowali wpływ SCM na formowanie się i mikrostrukturę cementu i porównali wyniki tych prac z obserwacjami doświadczalnymi. Kinetykę reakcji oraz wyniki doświadczalnego uwodnienia włączono do modelu łączącego uwodnienie cementu z modelowaniem termodynamicznym. Opracowano też szereg udoskonalonych technik pomiarowych i protokołów laboratoryjnych do analizy reaktywności.

Nowe ustalenia dotyczące reaktywności SCM wskazują, że możliwa jest znaczna poprawa efektywnego gospodarowania zasobami dzięki wykorzystaniu efektów synergii zachodzących między różnymi SCM, co pozwala zwiększyć ogólną reaktywność. To z kolei ułatwi ograniczenie stosowania cementu portlandzkiego oraz recykling odpadów, przyczyniając się do zmniejszenia negatywnego wpływu produkcji cementu na środowisko.

Modelowanie i protokoły laboratoryjne umożliwią wyeliminowanie metod prób i błędów, aktualnie stosowanych do selekcji SCM i opracowywania mieszanek cementowych. W przyszłości omawiane badania mogą pomóc w wyborze materiałów, które mogłyby zastąpić sam cement. Dzięki temu UE będzie mogła przejść z gospodarki opartej na intensywnym wykorzystaniu surowców podstawowych na gospodarkę bardziej zrównoważoną, w której odpady służą do wytwarzania nowych produktów wysokiej jakości.