Pepel iz oljčnih tropin obeta okolju prijazen nadomestek za cement

Povzetek

Študija v reviji Materials je raziskovala uporabo pepela iz oljčnih tropin kot trajnostne alternative navadnemu portlandskemu cementu v malti za zmanjšanje vplivov proizvodnje cementa na okolje. Raziskava je pokazala, da bi se lahko v maltnih mešanicah uporabilo do 20 odstotkov pepela iz oljčnih tropin za zmanjšanje emisij ogljikovega dioksida brez znatne izgube mehanskih lastnosti, čeprav so potrebne nadaljnje študije za oceno dolgoročne vzdržljivosti in delovanja v resničnem svetu.

Novo študija je preučila uporabo pepela oljčnih tropin kot trajnostne delne zamenjave za navadni portlandski cement v malti. 

Ker je proizvodnja cementa glavni sodelavec Glede na globalne emisije ogljikovega dioksida je cilj raziskave zmanjšati vplive industrije na okolje.

Študija, objavljena v posebni številki revije Materials, ocenjuje, kako kombiniranje pepela iz tropin vpliva na fizikalne, mehanske in trajnostne lastnosti malte, da bi ugotovila njeno primernost za uporabo v velikem obsegu.

Pepel oljčnih tropin se pridobiva iz sežiganih oljčnih tropin (ostankov oljčnih kožic, pulpe in koščic). Ko jih zmeljemo, nastali prah vsebuje znatne količine ogljikovega dioksida, silicijevega dioksida in apna. 

V primerjavi z navadnim portlandskim cementom njegova lažja teža in manjša velikost delcev vplivata na lastnosti malte, kot sta gostota in obdelavnost (lahkoba, s katero se malta meša, vgrajuje in stiska).

Vzorci malte so bili ustvarjeni z zamenjavo portlandskega cementa s pepelom iz tropin v desetodstotnih korakih do 50 odstotkov. 

Vsaka mešanica je bila preizkušena glede pretočnosti (sposobnosti mešanice, da se po vlivanju razteče in razprostre na svoje mesto), trdnosti, absorpcije vode in odpornosti na cikle zmrzovanja in odtajevanja v obdobjih sedem, 28 in 90 dni.

Raziskovalci so ugotovili, da se je obdelavnost in tekočnost malte zmanjšala z naraščanjem ravni pepela iz tropin. 

Pri koncentracijah do desetih odstotkov so vzorci malte pokazali minimalne spremembe tako v gostoti mokrega nasipa kot v času pretoka, kar kaže na njihovo primernost za praktično uporabo.

Med desetimi in dvajsetimi odstotki je z mešanicami postalo težje delati, vendar so ohranile sprejemljiv pretok. Nad 20 odstotki so se pretoki drastično zmanjšali.

Tako tlačni kot upogibni testi trdnosti so dali podobne rezultate, pri čemer je vsebnost tropin do 20 odstotkov pokazala zmanjšano trdnost, vendar je ostala znotraj sprejemljivega območja za konstrukcijske malte. 

Raziskovalci so ugotovili, da se je trdnost v 90 dneh še naprej povečevala, kar je skladno z aktivnostjo pucolanskih reakcij – kemičnih procesov, pri katerih nekateri materiali, kot je pepel, reagirajo z vodo in cementom ter tvorijo vezivne spojine, ki sčasoma povečajo trdnost in trajnost betona.

Preskusi odpornosti proti zmrzovanju in odtajanju so dodatno potrdili 20-odstotno mejo za vsebnost pepela v tropinah. Preko te meje so mešanice pokazale znatno ranljivost.

Absorpcija vode, ki lahko povzroči poškodbe, povezane z vzdržljivostjo, in poslabšanje učinkovitosti, se je povečala v vzorcih z vsebnostjo pepela iz tropin nad desetimi odstotki. 

Vsi vzorci so pokazali največjo absorpcijo 6.92 odstotka, kar je znotraj razpona od deset do petnajst odstotkov, ki se šteje za sprejemljivo za ustrezno dolgoročno delovanje.

Zanimivo je, da je desetodstotna mešanica pokazala nekoliko nižjo absorpcijo kot običajna kontrolna mešanica portlandskega cementa. To je bilo mogoče pripisati drobnim delcem pepela, ki so zapolnjevali praznine in sicer izboljšali strukturo por mešanice.

Okoljska analiza je primerjala porabo energije in emisije ogljikovega dioksida pri proizvodnji malte iz pepela iz tropin s kontrolno mešanico, ki je v celoti izdelana iz navadnega portlandskega cementa. 

Emisije ogljikovega dioksida so bile izračunane na podlagi proizvodnje električne energije v Alžiriji, kjer je bila študija izvedena.

Proizvodnja kontrolne mešanice je porabila 1,000 kilovatnih ur na tono (kWh/t) in izpustila 500 kilogramov ogljikovega dioksida na tono (kg CO2/tono). 

V nasprotju s tem je proizvodnja mešanice pepela iz tropin z desetimi odstotki porabila 953.5 kWh/t in proizvedla 476.75 kg CO2/t, medtem ko je proizvodnja mešanice z 20 odstotki porabila 907 kWh/t in proizvedla 453.5 kg CO2/t.

Avtorji sklepajo, da sta deset- in dvajsetodstotni mešanici povezani z znatnim zmanjšanjem vpliva na okolje ob hkratnem ohranjanju sprejemljivih mehanskih lastnosti, kar podpira njuno kandidaturo za okolju prijazne gradbene materiale. 

Vendar menijo, da so potrebne nadaljnje študije za preučitev dolgoročne vzdržljivosti, mikrostrukturnega vedenja in delovanja v resničnih okoljih. 

Prav tako ugotavljajo, da bi širša uporaba zahtevala vključitev takšnih materialov v posodobljene gradbene predpise in specifikacije.