リトアニアのカウナス工科大学（KTU）の研究者たちは、工業廃棄物と解体廃棄物から完全に作られたモルタルを開発し、極端な高温下での性能が従来のコンクリートを上回ることを示しました。800°C（1,472°F）にさらされた際、最適な配合の圧縮強度はそれぞれ34.7 MPaと53.0 MPaに達し、微細なひび割れの発生は限られています。従来のポルトランドセメントコンクリートは、通常この温度に達する前に失敗します。ポルトランドセメントは、世界のほとんどのコンクリートの主要成分であり、その製造には石灰石と粘土を約1,400°C（2,550°F）まで加熱する必要があります。
このエネルギー集約型のプロセスは、世界の二酸化炭素排出量の約7%から8%を占めています。KTUチームは、廃棄物から作られた接着剤を完全に代替し、この接着剤はより低い温度で化学的に活性化されます。
この接着剤は2つの成分から構成されています。1つ目は解体現場からの陶器タイルの廃棄物で、ふるい分けられ粉砕されて粉末状になっています。2つ目はガラス工場からの高嶺土の廃棄物です。これら2つが組み合わさって、ポルトランドセメントを必要としないジオポリマー接着剤を形成します。研究チームはその後、砂、花崗岩、玄武岩、陶器廃棄物、コランダムの5種類の異なる細骨材をテストしました。高温下では、陶器廃棄物とコランダムの性能が他の骨材を上回りました。これらの骨材を含む混合物は、800°Cで34.7 MPaと53.0 MPaの圧縮強度を発生させ、室温での従来のコンクリートの強度に匹敵します。
KTUチームのモルタルは高温下で優れた性能を発揮
最も直感に反する結果は、繰り返し加熱後の性能です。ほとんどの材料は熱サイクルを経ると弱くなりますが、このモルタルは逆です。KTUの主任研究員ダヌテ・ヴァイチュキニエン（Danutė Vaičiukynienė）は、「私たちは、繰り返し高温にさらされても私たちのモルタルが弱くならないことがわかっています。実際には、より強くなります。」と述べています。この現象は、高温下で持続的に進行するアルカリ活性化反応を反映しており、材料の構造がより密になり、劣化するのではなく強化されることを示唆しています。研究チームはこのメカニズムを完全に特定していませんが、この効果は複数のテストサイクルで一貫しています。
実験室を超えた意義は、極端な高温に耐えられる建材が防火安全規制を超えて実際の価値を持つことです。野火に対抗する建物は、多くの地域でますます重要視されています。工業施設、トンネル、高温加工工場は、高温に耐えられる材料を必要としています。現在、ほとんどのソリューションは専門製品に依存しており、これらの製品は高価で廃棄物から作られていません。ポルトランドセメントコンクリートは、毎年地球の二酸化炭素予算に約8%の損失をもたらしています。廃棄物ベースのジオポリマーのモルタルでその一部を置き換えることができれば、気候に対して測定可能な影響を与えることができます。
ジオポリマー建材市場は、2029年までに210億ドルを超えると予測されており、2024年の市場評価は97.5億ドルです。低炭素建材への需要が市場の成長を促進しています。高耐火性、完全に廃棄物由来の原材料、そして高温下での強度の増加は、持続可能性と安全性が同様に重要な構造および保護用途の候補となっています。
これらの研究結果は、最初に『Scientific Reports』誌に発表されました。