Бетон без песка! Техасские учёные предлагают заменить в бетоне песок графеном

В 2022 г ООН пообещали «песочный кризис». Если говорить о природных ресурсах, то мы привыкли воспринимать песок как самый доступный и, пожалуй, неисчерпаемый. Вот только в ООН считают что гигантские объёмы строительства сулят нехватку песка уже в обозримом будущем — всему виной бетон, потребление и производство которого растёт высокими темпами.

Немного о «песчаном кризисе». По заявлению ООО потребление стекла, бетона и строительных материалов за последние 20 лет выросло в три раза до уровня 50млрд тонн в год (порядка 17 кг на человека в день) и это уже вредит рекам и береговым линиям. Уже сейчас обжиг известняка для производства портландцемента даёт 8% выбросов всего уровня углекислого газа в мире!

К примеру, добыча песка привела к затоплению дельты Меконга, самой крупной реки Юго-Восточной Азии, что в свою очередь привело к засолению ранее плодородных земель. В реках Шри-Ланки добыча песка повернул поток воды вспять — солёные океанские воды устремились вглубь страны и принесли с собой соленоводных крокодилов.

Добыча песка сейчас происходит намного быстрее, чем его восстановление, ведь это геологический процесс, который занимает миллионы лет. Речь, разумеется, идёт о пригодном для строительства песке. К примеру, есть еще песок пустынь, которой из-за постоянного перемещения становится округлым и плохо держится в бетоне — именно поэтому ОАЭ, страна стоящая не песке, вынуждена импортировать песок для своих строек (сейчас в Дубае строят небоскрёб за $1.5млрд, который может стать третьим по высоте в мире)

И вот команда учёных из института Райса (США, Техас) придумала неожиданную замену песка в бетоне. В качестве заменителя песка предлагается использовать графен, материал толщиной всего в 1 атом, популярность которого набирает обороты из-за массы необычных свойств.

Исследование было проведено в лаборатории химика Джеймса Тура. Его команда уже имеет многолетний опыт производства графена по разработанному ими способу флэш-джоулевого нагревом. Суть способа состоит в быстром нагреве высокоуглеродного сырья в электрической печи, в итоге чего получаются графеновые хлопья. Для эксперимента взяли металлургический кокс.

Авторы исследования заявляют что замена песка в бетоне на графен привела к тому что такой бетон на четверть легче обычного бетона с песком. Также он показал увеличение ударной вязкости на 32%, максимальной деформации на 33% и прочности при сжатии на 21%. Впрочем, модуль Юнга, показатель сопротивления материала деформации при растяжении, снизился на 11%.

Впрочем, сейчас этот способ все еще слишком дорогой, чтобы вытеснить песок и стать коммерчески жизнеспособным в больших масштабах. Но он показывает что альтернативы песку в бетоне есть. Как пример — британские учёные изобрели сахарный бетон Sugarcrete