Forskare vid Institutet för industrivetenskap, en del av University of Tokyo, har utvecklat en ny metod för att tillverka betong utan cement. De har direkt bundna sandpartiklar via en enkel reaktion i alkohol med en katalysator. Detta kan hjälpa både att minska koldioxidutsläppen och att bygga byggnader och strukturer i ökenregioner, även på månen eller Mars.

Betong består av två delar:ballasten (vanligen gjord av sand och grus) och cement (ansvarig för 8 % av den totala globala koldioxiden) ₂ utsläpp). Trots att det finns en enorm mängd sand i världen, tillgången på sand för betongproduktion är ganska begränsad eftersom sandpartiklar måste ha en specifik storleksfördelning för att ge betong flytbarhet.

"I betong, cement används för att binda sand och grus. Vissa forskare undersöker hur mer cement kan ersättas med andra material, såsom flygaska och masugnsslagg, för att minska CO ₂ utsläpp, men detta tillvägagångssätt är ohållbart eftersom tillgången på dessa material minskar på grund av minskad användning av termiska kraftsystem och ökad användning av elektriska ugnsstål, " förklarar Yuya Sakai, huvud författare. Därför, ett nytt tillvägagångssätt krävs för att tillverka betong av outtömliga material med mindre miljöbelastning. "Forskare kan producera tetraalkoxysilan från sand genom en reaktion med alkohol och en katalysator genom att ta bort vatten, som är en biprodukt av reaktionen. Vår idé var att lämna vattnet för att flytta reaktionen fram och tillbaka från sand till tetraalkoxysilan, för att binda sandpartiklarna med varandra."

Forskarna placerade en kopp gjord av kopparfolie i ett reaktionskärl med sand och material, och systematiskt varierade reaktionsbetingelserna, som mängden sand, alkohol, katalysator, och dehydratiseringsmedel; uppvärmningstemperaturen; och reaktionstiden. Att hitta rätt andel sand och kemikalier var avgörande för att få en produkt med tillräcklig styrka.

"Vi fick tillräckligt starka produkter med, till exempel, kiseldioxidsand, glaspärlor, ökensand, och simulerad månsand, " säger andra författaren Ahmad Farahani. "Dessa resultat kan främja en övergång mot en grönare och mer ekonomisk byggindustri överallt på jorden. Vår teknik kräver inte specifika sandpartiklar som används i konventionell konstruktion. Detta kommer också att hjälpa till att ta itu med frågorna om klimatförändringar och rymdutveckling."

Dessutom, produkten kommer sannolikt att ha bättre hållbarhet än konventionell betong eftersom cementpasta, som är relativt svag mot kemiska angrepp och uppvisar stora volymförändringar på grund av temperatur och fuktighet, ingår inte i produkten.

Verket kommer att publiceras i Seisan Kenkyu , Vol. 75, 2021 som "Tillverkning av härdad kropp genom direkt bindning av sandpartiklar."