Endryu Pol Loran, Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Andrew Zinin

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Raman xəritələri karbon qazı ilə vurulan sement pastası nümunəsindəki fazaların zamanla təkamülünü göstərir. Silika jeli (boz) pasta qatılaşdıqca standart hidratasiya məhsullarına (sarı) yol verir. Reaksiyaya uğramamış sement yaşıl rəngdə, saxlanılan CO₂ isə qırmızı rəngdə göstərilir. Şəkil müəllifi: Tədqiqatçılara məxsusdur.

Sentyabr günlərinin birində MIT-in Pirs Laboratoriyasının içərisində qar yağmağa başladı. Tədqiqatçılar maye karbon qazı (CO2) çəninin təzyiqini aşağı salaraq _dərhal dondurdular və bərk lopaları buraxdılar. Bunlar sement pastasına qarışdırıldı və təxminən bir sentlik böyüklüyündə disklərə basıldı, hər biri suyun içəridə və havanın çıxmaması üçün nazik bitki yağı təbəqəsi ilə möhürləndi. Komanda hər biri üzərində lazerlər hazırladı və ilk dəfə CO2 ilə vurulan sement pastasının niyə daha tez möhkəmləndiyini izah edə biləcək keçici kimyəvi reaksiyanı müşahidə _etdi .

_{Beton kimi sement məhsullarına CO2} vurmaq, onu saxlamağın və atmosferə çıxmasının qarşısını almağın bir yoludur. Bu proses kommersiya marağına səbəb olub və getdikcə daha çox şirkət CO2 vurulan beton qarışıqları təklif edir _. Lakin indiyə qədər əsas sement kimyası birbaşa görüntülənməmişdi.

Amerika Keramika Cəmiyyətinin Jurnalında dərc olunan yeni bir məqalədə (həm dosent Admir Masiçin rəhbərlik etdiyi, həm də MIT Beton Davamlılıq Mərkəzinin, həm də MIT Mülki və Ətraf Mühit Mühəndisliyi Departamentinin aspirantı Marcin Hajducek tərəfindən ilk dəfə yazılmış məqalədə CO2 təzə sement pastası ilə qarşılaşdıqdan sonra baş verən kimyəvi ardıcıllıq təsvir olunur _. Həmmüəlliflər arasında MIT-dən həmkarları Santiago El Awad və Franz-Josef Ulm, eləcə də IIT Jodhpur və CarbonCure Technologies tədqiqatçıları yer alır.

Əvvəlki tədqiqatlar nəzəriyyədən və dolayı dəlillərdən CO2 inyeksiyasının kimyəvi təsirləri haqqında bir hekayəni bir araya gətirmişdi; əsas reaksiyalar sadəcə çox sürətli hərəkət edir və ənənəvi üsulların onları hərəkətdə tutması üçün tamamilə yox olurdu. _Raman konfokal mikroskopiyası bunu edə bilərdi və bu, sadə bir prinsip üzərində işləyir: Bir molekulu lazerlə işıqlandırın və səpələnmiş işıq onun kimliyini ortaya çıxaracaq. İşıq hər bir materialın unikal kimyəvi bağları ilə qarşılıqlı təsir göstərir, enerjisini dəyişir və fərqli bir spektral “barmaq izi” yaradır. Hətta ən qısa və amorf fazalar belə oxunaqlı bir iz buraxır.

Masic deyir: “Ölü Dəniz Əlyazmalarından Qədim Roma betonuna qədər tarixin ən maraqlı materiallarını daha yaxşı başa düşmək üçün Raman spektroskopiyasından istifadə etdik. Sement pastası müqayisədə daha az cazibədar görünə bilər, lakin lazer şüasını CO2 ilə vurulan sement pastasına yönəltmək, _əvvəllər görünməmiş şeyləri vizuallaşdırmağa imkan verir.”

24 saatlıq fasiləsiz skanlama zamanı gördükləri şey üç pərdəli kimyəvi dram idi.

Birinci akt: Kalsiumun tutulması

CO2 təzə sement pastasına əlavə edildikdən sonra işə düşür. Məsamə məhlulunda həll olur və həll olan klinker tərəfindən ayrılan kalsiumla reaksiyaya girərək müxtəlif kalsium karbonat formaları şəklində çökür. Klinker _, əhəngdaşı və alüminosilikat materiallarını sobada qızdırmaqla istehsal olunur və əsas tərkib hissəsi sement hazırlamaq üçün incə toz halına gətirilir. Bu, ilk saat ərzində baş verir və kalsiumun davam etməsini tələb edən normal hidratasiya reaksiyasını müvəqqəti olaraq yavaşlatır.

Bunun əksinə olaraq, CO2 _olmadıqda , həll olan klinker tərəfindən ifraz olunan kalsium yerli olaraq mövcuddur və bu da materialın bərkidikcə bağlanma fazalarının tədricən əmələ gəlməsini dəstəkləyir.

Kalsiumsuz qalan klinker tərəfindən ayrılan silikatlar məsaməli məhlulda həll olur və mənbəyindən uzaqda çökür, bir-biri ilə birləşərək pasta boyunca bir-biri ilə əlaqəli silika gel şəbəkəsi əmələ gətirən zəncirlərə birləşir. Bu amorf, keçici gel sonrakı hadisələr üçün zəmin yaradır.

İkinci akt: Xəyalpərəst gel

Vurulan CO2 tamamilə minerallaşdıqdan sonra _— qarışdırıldıqdan təxminən dörd-beş saat sonra — normal hidratasiya bərpa olunur. Kalsium hidroksid məsamə boşluğuna çökməyə başlayır və çökdükdə onu gözləyən silisium gel şəbəkəsi ilə qarşılaşır.

İki faza arasındakı reaksiya dərhal başlayır və sementə bağlanma qabiliyyəti verən birləşmə olan kalsium silikat hidratı (CSH) əmələ gətirir. CSH-nin bu formasını fərqləndirən şey onun harada və necə əmələ gəlməsidir: ənənəvi hidratasiyada olduğu kimi klinker hissəcikləri ətrafında toplanmır, əksinə silisium gelinin yayıldığı bütün matris boyunca paylanır.

CO2 pastanın qələviliyini müvəqqəti olaraq basdırmışdı və silisium gelini qoruyan yeganə amil aşağı pH idi. Hidratasiya özünü yenidən təsdiqlədikcə və standart hidratasiya məhsulları, yəni CSH və kalsium hidroksid istehsal etdikcə, sonuncu özünü gücləndirən döngədə pH- _ı tipik səviyyələrə qaldırır; silisium geli sözdə pozzolan reaksiyası vasitəsilə kalsium hidroksidlə reaksiyaya girir. Səkkiz saat ərzində silisium geli demək olar ki, tamamilə yox olur – əvvəllər yaxşı paylanmış gel şəbəkəsi bu kritik erkən pəncərədə sürətlə əlavə CSH-yə çevrilir.

Hajducek deyir: “Əvvəlcə silisium gelinin keçici təbiəti Raman məlumatlarında təsadüf kimi görünürdü. Lakin tezliklə aydın oldu ki, onun qəfil yoxa çıxması hər CO2 vurulan nümunənin ardıcıl və danılmaz xüsusiyyətidir _“ .

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Üçüncü akt: Yenidən qoşulmuş matris

Silika geli istehlak edildikdə, pasta ənənəvi hidratasiyaya çökür, lakin geridə qoyduğu şey ölçülə bilən dərəcədə fərqlidir. Yeni bağlayıcı sement matrisi boyunca daha bərabər paylandığı üçün, nəticədə yaranan mikrostruktur erkən yaşda daha güclü və daha vahiddir. Tədqiqatda, sement çəkisinin 1% -i ilə _CO2 ilə qarışdırılmış pasta, istinad qarışıqları ilə müqayisədə 24 saat ərzində orta hesabla 13% daha yüksək sıxılma gücünə nail olmuşdur.

_{Masic deyir: “İllərdir ki, sement məhsullarına CO2} vururuq, amma onun içərisində nə etdiyini tam başa düşmürük. Artıq bunu görə bildiyimiz və performansın yaxşılaşmasına səbəb olan əsas mexanizmi başa düşdüyümüz üçün onu idarə etməyə başlaya bilərik. Və təkan vermək üçün çoxlu imkan var”.

_{Bu tapıntılar həmçinin CO2} ilə vurulan sement pastasının daha yüksək erkən yaş möhkəmliyinin əsas izahını dəqiqləşdirir : Əvvəllər CSH artımına səbəb olduğu şübhə altına alınan kalsium karbonat kristalları, CSH əmələ gətirmək üçün reaksiya vermək əvəzinə, silisium gel şablonuna yerləşdirilmiş passiv kənar müşahidəçilərdir.

Kimya bundan sonra hara gedir

Mexanizmi bilmək tədqiqatçılara daha spesifik suallar toplusu verir. Silika gel şablonu yeni CSH-nin paylanmasını izah edir, lakin onun mexaniki xüsusiyyətlərini birbaşa ölçmək növbəti addım olaraq qalır.

Praktik tərəfdən, doza vacibdir: sistemi həddindən artıq CO2 ilə doldurur _və kalsium gel əmələ gəlib reaksiya verməzdən əvvəl karbonata ilişib qalır. Burada istifadə olunan pasta bol miqdarda CSH əmələ gətirərsə, nəzəri olaraq sement istehsalından yaranan karbon emissiyalarının 40%-ə qədərini kompensasiya edə bilər , prosesdə istifadə olunan qazıntı yanacaqları ilə əlaqəli emissiyalar istisna olmaqla. Lakin praktikada əldə edilə bilən kompensasiya, potensial olaraq əhəmiyyətli olsa da, bu dəyərin yalnız bir hissəsi ola bilər.

Amma bu açıq suallara baxmayaraq, xəyalət jeli aşkar edilib. Artıq tədqiqatçılar nəyə diqqət yetirməli olduqlarını bildikləri üçün ilk səkkiz saatda baş verən kimya artıq görünməz deyil.

Nəşr detalları

_{Marcin Hajduczek və digərləri, CO2-} Aktivləşdirilmiş Sementdə Silika Gel Şablonlu Hidratasiya Yolunun In Situ Raman Spektroskopiyası , Amerika Keramika Cəmiyyətinin Jurnalı (2026). DOI: 10.1111/jace.70825

Jurnal məlumatı: Amerika Keramika Cəmiyyətinin Jurnalı 

Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilir