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 стен 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, значительно увеличивая прочность стен АЭС», — говорит инженер-эколог Нагойского университета Иппей Маруяма.
Исследования показали, что римский бетон, который использовался для строительства морских заграждений, сохранял прочность более двух тысячелетий. Потому что 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 сложно 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 появлению 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 вступать в реакцию 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.
