När forskare vid Xi'an Jiaotong-Liverpool University avslutade sin forskning om färgad arkitektonisk betong, de hittade ett överraskande resultat - grönpigmenterad cement hade föroreningar som producerade porösa, betong av dålig kvalitet. Under tiden, röda och blå pigment hade liten effekt.

Forskningen utfördes av Mehreen Heerah, en examen från XJTLU:s institution för byggnadsteknik, Dr. Graham Dawson från XJTLU:s avdelning för kemi, och Isaac Galobardes från Mohammed VI Polytechnic University.

Pigmenterad arkitektonisk betong används som ett visuellt tilltalande alternativ till grå betong, som i Barcelonas Ciutat de la Justícia, förklarar Dr Dawson. När efterfrågan på pigmenterad arkitektonisk betong växer, likaså betydelsen av denna forskning.

Inte lätt att vara grön

"Karakteristiken för röda och blå pigment som används i studien fastställdes i den befintliga forskningslitteraturen. egenskaperna hos det gröna pigmentet var inte vanliga, säger Dawson.

"Resultaten för de röda och blå pigmenten var ganska nära våra förväntningar, " säger Heerah. "Å andra sidan, vi förväntade oss inte den drastiska effekten av grönt pigment på murbrukets egenskaper. Faktiskt, vi förväntade oss en större ökning i styrka med det gröna pigmentet jämfört med de andra två."

Det beror på att grönt pigment i produkter är baserat på kromoxid, vilket ökar styrkan i blandningen när den hydratiseras.

Så varför befanns grön betong vara undermålig?

Svaret ligger i hur det tillverkades med skadliga föroreningar, säger Dr Dawson.

"Kemiska produkter används för att producera pigment, " förklarar han. "Ibland, pigment presenterar enkla kemiska komponenter och andra kombinationer av dem för att få olika färger."

Den kränkande orenheten som försvagade den gröna betongen var muskovit; ett mineral som används för att producera grönt pigment för andra industriella ändamål. När den hydratiseras med cement, muskovit genererade betydande mängder av en komponent som orsakar överdriven poröshet, vilket resulterar i minskad styrka och livslängd.

"Dock, andra studier har funnit att det inte finns någon negativ effekt när man använder grönt pigment som enbart består av krom(III)oxid, utan muskovit, säger Heerah.

Blanda det

Cementproverna tillverkades med tre olika pigment - blå koboltaluminat, grön kromoxid och rött järnoxidpigment - på tre olika nivåer:1, 5 och 10%. Forskarna testade två typer av cement för att förstå hur dessa tillsatser och biprodukter påverkar egenskaperna hos den resulterande betongen.

Det fyradelade experimentet testade först vattenabsorption för att utvärdera förändringen i fysikaliska egenskaper, och bestämde sedan provernas hydratiseringsegenskaper.

Nästa, hydratiseringens kinetik studerades genom utvecklingen av temperaturen för varje blandning. Till sist, forskarna undersökte böj- och tryckhållfastheten för att förstå pigmentets effekt på mekanisk styrka.

Forskningen fastställde att morfologin för hydratiseringsprodukter och kinetik var relaterad till provernas tryckhållfasthet.

Den dåliga prestandan hos det gröna pigmentet stack ut jämfört med de minimala effekterna av det röda och blåa.

Forskningen upptäckte också att pigmenten koboltaluminatoxid (blå) och järn (III)oxid (röd) kunde användas med både Portland och Portland Composite-cement utan att försvaga betongens hållfasthet.

Mindre påverkan

Forskare förbättrade också en befintlig ekvation som användes för att uppskatta realtidstryckhållfastheten hos det pigmenterade murbruket, säger Heerah.

Dr Galobardes förklarar att "att använda denna ekvation undviker att göra de destruktiva tester som används för att uppskatta betongens mekaniska egenskaper.

"Detta eliminerar avfall och sänker koldioxidutsläppen och kostnader relaterade till produktionen av proverna som används i testerna."

Även om pigment i sig inte minskar koldioxidutsläppen från betong, forskningen visar att de är säkra att använda med ekocement.

Cementblandningar som Portland Composite Cement, som inkluderar mald granulerad masugnsslagg (GGBS) och flygaska förväntas ge minskade koldioxidutsläpp under de kommande åren.