Új cementek a 21. században: A portlandcement alternatívájának keresése

 A lúgos cementek rövid története magának a technológiának a bemutatására szolgál. A kalcium-szulfoaluminát alapú cementek körül kialakult érdeklődést is áttekintjük, bár csak röviden. A cikk nagyobb része azonban a lúgos cementekre összpontosít, amelyeket öt kategóriába sorolnak. Az aluminoszilikát alapú lúgos cement alapvető kémiai és szerkezeti jellemzőit is ismertetjük, és a szintetikus gélek megértésében elért legfontosabb előre lépéseket is tárgyaljuk. A tanulmány végül megállapítja, hogy a hibridcementek technológiailag életképes anyagok a kortárs építőiparban.

 Bizonyos zárt ökoszisztémákban növényevő fajok csordái ellenőrizetlenül legelnek a legelőkön. Ilyen körülmények között a csordaméret fokozatosan növekszik addig a pontig, ahol a táplálékhiány miatt már nem tartható fenn. Az ezt követő elhullás a csordát a kihalás közelébe sodorja. Amikor már csak néhány táplálkozó egyed marad, a növénytakaró újraéled. A legelők újbóli bősége a csorda második növekedéséhez és egy új ciklushoz vezet. Még nem tudni, hogy az emberi faj képes-e többet tenni, minthogy utánozza ezeknek az irracionális állatoknak a viselkedését, és hogy mennyi időbe telik, amíg a bolygó kiheveri az emberiség által elkövetett kifinomult fosztogatást. Vajon ésszerű várni, hogy kiderüljön?

 A koppenhágai csúcstalálkozó (2009 decembere) kudarca ellenére csábító azt gondolni, hogy a XXI. századnak még van ideje bebizonyítani, hogy mennyire érzékeny a környezetvédelmi kérdésekre. Bizonyos politikai kezdeményezések, úgy tűnik, ebbe az irányba mutatnak. A környezetvédelem fokozása érdekében kifejtett nyomás nagy része azonban annak köszönhető, hogy a nagyközönség világszerte tudatában van azoknak a problémáknak, a súlyosságának, amelyekkel a nem túl távoli jövőben szembe kell nézni a nem fenntartható, azaz a technológiailag rosszul kezelt és földrajzilag nagyon elferdült fejlődés következtében.

 Ebben az összefüggésben a vízgazdálkodás és a légszennyezés (a CO2-koncentráció tekintetében) bizonyára azok a területek, ahol a legsürgetőbb a cselekvés szükségessége, tekintettel a következmények óriási méretére. A 2009 végén tartott koppenhágai éghajlat-változási csúcstalálkozón bizonyos konszenzusra jutottak a kulcsdátumok létezésében: a nemzetközi közösség tagjai egyetértettek abban, hogy a 2020-as és a 2050-es évet az éghajlatváltozás horizontjának referenciapontjainak kell tekinteni, tehát mérföldköveknek a szokások és az életmód megváltoztatásának igen nehéz feladatában.

 Az ipari forradalom hajnalán, a XVIII. század közepén a levegő CO2-koncentrációja 280 ppm körül volt. A II. világháború kitöréséig, 200 évvel később, a CO2 szintje 310 ppm-re emelkedett, azaz évente 0,15 ppm-es ütemben. 1960 és 2000 között azonban a CO2-koncentráció mindössze 40 év alatt 315 ppm-ről 365 ppm-re emelkedett (1,25 ppm/év).

 Világszerte a cementgyártó vállalatok évente közel kétmilliárd tonna terméket állítanak elő, és eközben közel kétmilliárd tonna CO2-t bocsátanak ki (ami a bolygó teljes CO2-kibocsátásának mintegy 6-7%-a). Ilyen ütemben a cementipar 2025-re 3,5 milliárd tonna CO2-t bocsát ki évente, ami nagyjából megegyezik a mai európai összkibocsátással (beleértve a közlekedési és energiaipart is) .

 Portlandcement: egy történelmi anyag körüli vita

A fenti tények fényében aligha lehet kétséges, hogy a környezetre kevésbé agresszív alternatív kötőanyagoknak (legalábbis részben) fel kell váltaniuk a portland cementet. Ugyanakkor azonban a jövőbeni stratégiák kialakításában hasznosnak bizonyulhat, ha higgadtan elgondolkodunk azon, hogy a portlandcement miért maradt ilyen sikeres építőanyag a XIX. századi megjelenése óta. A portlandcement az egyik legjelentősebb technológiai előrelépést jelenti a

 Kalcium-szulfo-aluminátcementek

 A kalcium-szulfo-aluminát (CSA) cementeket a Kínai Építőanyag Akadémia fejlesztette ki az 1970-es években azzal a szándékkal, hogy önfeszített betoncsöveket állítsanak elő, hogy kihasználják az anyag tágulási tulajdonságait. Ezeket a cementeket úgy állították elő, hogy gipszet adtak a CSA klinkerekhez, amelyek főként C4A3Ŝ (ye'elimit), belit és ferritből állnak. Általában 15-25 tömegszázalék gipszet őrölnek a klinkerhez az optimális szilárdulási idő, szilárdságfejlődés és térfogatstabilitás elérése érdekében.

 Lúgos cementek, mint alternatíva az átmenetben

A lúgok első alkalmazása cementkötésű anyagok alkotórészeként 1930-ra nyúlik vissza, amikor Kuhl vizsgálta a porrá őrölt salak és KOH-oldat keverékeinek szilárdulási viselkedését. Azóta számos tanulmányt végeztek arról, hogy a lúgok milyen szerepet játszhatnak a lehetséges cementkötésű rendszerekben. Az egyik korai mérföldkő 1940-ben született, amikor Purdon elvégezte az első átfogó laboratóriumi vizsgálatot salakból és NaOH-ból álló klinkermentes cementeken.

 Hibrid lúgos cementek: kilátások

Jelen íráskor a portlandcement azonnali globális helyettesítése a lehetséges lúgos cementek (vagy bármely más kötőanyag) bármelyikével gyakorlatilag lehetetlen. A lúgos cementekkel kapcsolatos technikai kérdések, mint például a paszta, a habarcs és a beton reológiája, vagy az általánosan elérhető, szabványosított minőségű alapanyagok biztosítása még mindig nem jelentenek életképes megoldást. De valóban kívánatos-e a teljes helyettesítés?

 A fent említett környezetvédelmi kérdésekkel összefüggésben a következő lehetőségek egyikét mérlegelik

Következtetések: Lúgos aktiválás, mint az új alternatív cementek tervezésére való áttérés modellje. Jövőbeni kutatások

Építőiparban használt kötőanyagok körüli környezetvédelmi kérdéseket egészében tárgyalják, és különösen, hogy bizonyos elemi információkat nyújtsanak a lúgos aktiválási technológiáról és a lúgos cementekről. Különösen hangsúlyozták, hogy ez a technológia rövidesen elérheti azt a fejlődési szakaszt, amelyben a portlandcementről a jövő cementjeire való szükséges átmenet egyik láncszemeként szolgálhat.