В толстых бетонных стенах выведенной из эксплуатации атомной электростанции в Японии был обнаружен редкий минерал, который позволял римским бетонным морским барьерам существовать более 2000 лет. Образование глиноземистого тоберморита увеличило прочность стенок более чем в три раза по сравнению с расчетной прочностью, сообщают исследователи и коллеги из Университета Нагоя в журнале Materials and Design. Это открытие может помочь ученым разработать более прочный и экологичный бетон.

«Мы обнаружили, что гидраты цемента и породообразующие минералы реагируют аналогично тому, как это происходит в римском бетоне, что значительно увеличивает прочность стен атомной станции», – говорит инженер-эколог Нагойского университета Иппей Маруяма.

Исследования показали, что римский бетон, используемый для строительства морских заграждений, сохранился более двух тысячелетий, поскольку морская вода растворяет вулканический пепел в смеси, что приводит к образованию глиноземистого тоберморита. Поскольку глиноземистый тоберморит представляет собой кристалл, он делает бетон более химически стойким и прочным. Очень трудно ввести глиноземистый тоберморит непосредственно в современный бетон. Ученые создали минерал в лаборатории, но для этого требуются очень высокие температуры выше 70 ° C. С другой стороны, лабораторные эксперименты показали, что горячая среда отрицательно сказывается на прочности бетона, что привело к принятию правил, ограничивающих ее использование до температур ниже 65 ° C.

Маруяма и его коллеги обнаружили, что глиноземистый тоберморит образуется в бетонных стенках ядерного реактора при поддержании температуры 40-55 ° C в течение 16,5 лет.

Образцы были взяты с АЭС Хамаока в Японии, которая работала с 1976 по 2009 год.

Тщательный анализ показал, что очень толстые стенки реактора способны удерживать влагу. Минералы, которые заставляли бетон реагировать в присутствии этой воды, увеличивали доступность ионов кремния и алюминия и увеличивали содержание щелочи в стене. В конечном итоге это привело к образованию глиноземистого тоберморита.

«Наше понимание бетона основано на краткосрочных экспериментах, проводимых в лабораторных условиях», – говорит Маруяма. «Но настоящие бетонные конструкции дают нам больше возможностей для долгосрочного использования».

Маруяма и его коллеги ищут способы сделать бетон более прочным и экологически чистым. Цемент, используемый в производстве бетона, производит почти 10% антропогенных выбросов углекислого газа, поэтому команда стремится производить более экологически чистые смеси, которые по-прежнему соответствуют стандартизированным требованиям для прочных бетонных конструкций.

Источник: eurekalert.org