Kiinalainen betoni, joka viilentää itseään: 5,4 astetta vähemmän ilman sähköä.
Sisällysluettelo
Betoni, joka pysyy ympäröivää ympäristöä viileämpänä keskellä päivää, paahtavan kesän auringon alla? Tätä tarjoaa kiinalainen tutkijaryhmä, joka on kehittänyt itsestään jäähtyvän sementin, josta voi tulla tehokas liittolainen rakennusalan muutoksessa ja tukahduttavien kaupunkien viilentämisessä.
Betonista on pitkään puhuttu modernien kaupunkien pahimpana vihollisena helleaalloilla, mutta nyt se saattaa olla saamassa koston!
Entä jos betonista tulisi liittolainen kaupunkien viilentämisessä?
Tämä uuden sukupolven sementti ei ole vain valkoista tai vaaleaa. Se heijastaa aktiivisesti auringonvaloa. Tämän saavuttamiseksi tutkijat ovat hyödyntäneet kahta tekijää: kemiallista koostumusta ja fotonista arkkitehtuuria.
Tarkemmin sanottuna sementin peruskomponentti, klinkkerihiukkaset, on muunnettu edistämään auringon säteilyn diffuusiota. Tuloksena on 96,2 %:n auringonheijastavuus. Samalla materiaali emittoi tehokkaasti infrapunasäteilyä (myös 96 %), mikä mahdollistaa lämmön poistumisen lämpösäteilynä.
Näiden kahden ominaisuuden yhdistelmä tekee sementistä passiivisen jäähdyttimen. Se ei absorboi lainkaan auringon lämpöä, vaan poistaa oman lämpönsä luonnollisesti avaruuteen. Kaikkea tätä ilman maalia tai erityistä kalvoa.
Itsestään muodostuvat heijastavat kiteet
Yksi tämän sementin salaisuuksista on etringiittikiteiden spontaani muodostuminen pinnalle hydratoitumisen aikana. Nämä pienet komponentit toimivat mikroskooppisina peileinä, jotka pystyvät hajottamaan valon moniin suuntiin. Ne ovat kuin pieniä prismoja, jotka hajottavat auringon energian.
Nämä kiteet järjestäytyvät itsestään hyvin hallittujen kemiallisten vuorovaikutusten ansiosta, jotka käynnistyvät betonin valmistuksen aikana. Ei tarvita 1 000 asteen uunia tai laboratorio-olosuhteita. Painetaan painetta, ja taika tapahtuu.
Lisäbonuksena pinta on poroinen hierarkkisesti, mikä edistää heijastumista entisestään. Se on eräänlainen monikerroksinen optinen patja, mutta kovasta ja rakenteellisesta materiaalista.
Lämpöominaisuudet ja testit todellisissa olosuhteissa
Todellisissa olosuhteissa testit ovat selkeitä. Ulkolämpötilan ollessa 38,4 astetta perinteinen betoni kuumenee 59 asteeseen. Uusi sementti pysyy 5,4 astetta alle ympäristön lämpötilan, eli noin 33 asteessa.
Ei huijausta. Ei lisättyä peilikalvoa. Vaikutus on integroitu itse materiaaliin, mikä takaa sen kestävyyden jopa pakkas- ja sulatusjaksojen, happoruiskutusten tai vuosien auringonpaisteen jälkeen. Tutkijat puhuvat korkeasta optisesta ja mekaanisesta vakaudesta, joka on vahvistettu puristus-, taivutus-, kulutus- ja tartuntatesteillä.
Hyvä uutinen on, että materiaali kestää myös syövyttäviä nesteitä ja ultraviolettisäteilyä ja säilyttää muovattavuutensa monimutkaisissa muodoissa.
Metapinnat: tieteellinen termi loistavalle idealle
Innovaatio perustuu ”metapinnan” käsitteeseen, joka on mikroskooppisen mittakaavan pinta, jonka rakenne on suunniteltu manipuloimaan sähkömagneettisia aaltoja. Tässä tapauksessa kyseessä ovat näkyvä valo ja lämpöinfrapunasäteily.
Tämä on kaukana tavallisesta valkoisesta pinnoitteesta. Tässä rakenne toimii kuin nanoheijastimien orkesteri, joka on ohjelmoitu hylkäämään aurinkoenergiaa ja ottamaan vastaan säteilylämpöä.
Tämä rakenne on yhteensopiva perinteisen portland-sementin kanssa, mikä tarkoittaa, että se voidaan integroida nykyisiin teollisiin prosesseihin ilman, että niitä tarvitsee keksiä uudelleen. Tämä on tapa antaa uusi elämä materiaalille, joka tähän asti on kertynyt lämpöä kuin musta pesusieni hiustenkuivaajan alla.
Odottamaton liittolainen ilmastonmuutosta vastaan
Suurella mittakaavalla tämä sementti voisi tulla passiiviseksi välineeksi kaupunkien jäähdyttämiseen, kaupunkien lämpösaarekkeiden torjumiseen ja rakennusten energiankulutuksen vähentämiseen.
Automaattisen oppimisen avulla tehdyn elinkaariarvioinnin mukaan materiaali voisi jopa saavuttaa negatiivisen hiilijalanjäljen. Toisin sanoen se sitoisi enemmän hiiltä kuin sen tuotantoon on kulunut, kun otetaan huomioon pitkällä aikavälillä säästynyt energia.
Guo Lu, tutkija ja artikkelin ensimmäinen kirjoittaja, totesi: ”Tämän jäähdyttävän sementin käyttö kaupunkitaloissa voisi tuoda huomattavia energiansäästöjä ja olla merkittävä käännekohta ilmastonmuutoksen torjunnassa.” Hän lisäsi, että kyseessä on innovaatio, joka muuttaa perinteisen raskaan ja lämpöä varastoivan sementin ympäristöystävälliseksi materiaaliksi, joka heijastaa ja emittoi auringon lämpöä.
Yksinkertainen betonikatto voisi siis toimia käänteisenä lämpöpatterina, joka heijastaa lämmön ulos tilaan sen sijaan, että se pysyisi sisällä.
Betonissa yhdistyvät kestävyys, muoto ja hallitut kustannukset
Testit osoittavat, että tätä super-sementtiä voidaan valaa, puristaa ja veistää, ja sen mekaaninen lujuus on vähintään yhtä hyvä kuin perinteisen sementin.
Se on amfifiibinen: se hylkii sekä vettä että rasvoja. Se voi tarttua muihin materiaaleihin ja kestää kulutusta. Se ei ole hauras, haura tai vain kuiville ilmastoille sopiva.
Lopuksi, sen tuotantokustannukset ovat kilpailukykyiset ja valmistusmenetelmät ovat skaalattavissa, toisin sanoen sovellettavissa teolliseen tuotantoon.
Keksintö, joka ei vaadi julkisivun uudelleenmaalausta, vaan keksii perusmateriaalin uudelleen ja muuttaa sen kaupunkien jäähdyttimeksi.
Muutamia lukuja:
Ominaisuus – Mitattu arvo
Lämpötilan lasku suorassa auringonpaisteessa – 5,4 °C (9,72 °F)
Auringon heijastavuus – 96,2 %
Infrapunasäteilyn emissio – 96 %
Vakiokonkreetin maksimilämpötila – 59 °C
Ulkona testien aikana – 38,4 °C
Auringon säteilyolosuhteet testien aikana – 850 W/m²
Metapinnan tyyppi – Ettringiittikiteet + hierarkkiset huokoset
Mekaaninen lujuus – Vahvistettu (puristus, hankaus, taivutus)
Teollinen yhteensopivuus – Kyllä (Portland-standardi)
Mahdolliset sovellukset – Katot, seinät, kaupunkipäällysteet.
