Алтернатива на конвенционалния цимент

Снимка: TH Köln/AI Generated

Тунелното и подземното строителство генерират милиони тонове изкопен материал годишно, който в момента се депонира предимно неизползван. В рамките на изследователския проект „Geo-BAB“ интердисциплинарен консорциум проучва как този богат на глинести минерали материал може да се използва като нисковъглеродна алтернатива на конвенционалния цимент чрез термична обработка и химическа активация. Това бе обявено наскоро от Техническия университет в Кьолн (TH Köln).

Според статистиката на STUVA само тунелните проекти в Германия произвеждат над 4 милиона тона изкопен материал годишно. Докато скалните маси могат да се влагат като инертен материал (добавъчен материал) в бетона, оползотворяването на свързани почви като тиня и глина е значително по-трудно. За да разработи устойчиво решение и за този тип почви, изследователският екип се фокусира върху процеса на калциниране. При него съдържащият глина материал се суши, стрива и нагрява в пещ. Тази термична обработка променя структурата на глинестите минерали, като ги прави реактивноспособни и им придава свързващи свойства.

Консорциумът включва двете изследователски институции STUVA e. V. и TH Köln, както и тримата индустриални партньори IMM Maidl & Maidl Beratendingenieure GmbH & Co. KG, Brameshuber + Uebachs Ingenieure GmbH и MC-Bauchemie Müller GmbH & Co. KG. Той обединява експертиза в областта на строителните материали, минералогията, геотехниката, химията и конструктивното инженерство.

За да се разкрие пълният потенциал на тези калцинирани глини, партньорите следват два технологични подхода:

– Системи с намалено съдържание на клинкер: Обработеният материал замества част от конвенционалния циментов клинкер. Основна цел е да се определи максималният процент на заместване с калцинирана глина, без това да нарушава якостните показатели. Тъй като според Германската федерална агенция по околна среда производството на цимент е отговорно за близо 8% от световните емисии на парникови газове, този подход значително намалява въглеродния отпечатък на бетона.

– Безциментови свързващи вещества: При тях набирането на якост се инициира от т.нар. активатори (например минералното съединение водно стъкло). Резултатът е алтернативно свързващо вещество, което представлява изключително ефективно решение за строителния сектор.

Проектът „Geo-BAB“ изследва различни скални и почвени проби от Средногерманските възвишения, метрополните региони, както и от международни строителни обекти.

Според TH Köln материалът първоначално ще бъде анализиран и характеризиран, а динамиката на набиране на якост – тествана в лабораторни условия. Проектът ще проучи и възможностите за практическо приложение. За тази цел на терен ще се използва мобилен калцинатор, което ще позволи обработката на материала в реален производствен мащаб директно на строителната площадка.

Потенциалните приложения на новите свързващи вещества от изкопен материал са разнообразни – включително в самото тунелно строителство (напр. за запълване на пръстеновидното пространство между тунелната облицовка и масива). Бетонните павета за ландшафтно оформление, както и баластният бетон за хидротехнически съоръжения, също са потенциални области на приложение.

Съвместният проект „Geo-BAB“ („Калциниране на геогенни вторични суровини от тунелното строителство за производство на алтернативни свързващи вещества“) се финансира с близо 650 000 евро за период от две години от Федералния институт за пътища и транспорт на Германия (BASt) в рамките на „Програмата за иновации в пътното строителство“.