Ученые нашли применение кофейной гуще

Согласно новому исследованию, замена части песка в бетоне на отработанную кофейную гущу может увеличить прочность бетона почти на 30%.

По данным Британской ассоциации кофе, в мире ежедневно потребляется 2 миллиарда чашек кофе. Но большая часть кофейной гущи попадает на свалки.

Исследователи из Австралии, возможно, нашли эффективное решение для переработки всех этих кофейных отходов. Они предлагают использовать их для замены песка в бетоне. Строительная индустрия обычно добывает песок из рек, озер и дельт, поэтому его замена может защитить природу по всему миру. Команда исследователей обнаружила, что бетон, частично изготовленный из кофейной гущи, также прочнее традиционного бетона.

Для своего исследования, опубликованного онлайн в Journal of Cleaner Production, ученые собрали использованную кофейную гущу в местных кафе по всему Мельбурну и исследовали, как различные пропорции и предварительная обработка этих кофейных отходов влияют на свойства бетона. Они обнаружили, что замена 15% песка кофейной гущей улучшила прочность при сжатии.

"Обычный бетон состоит из цементной смеси, песка и крупного заполнителя, такого как гравий, в тщательно подобранных пропорциях в зависимости от предполагаемого применения", - рассказывает Холмер Савастано младший, инженер-строитель из Университета Сан-Паулу в Бразилии. Сложная серия реакций гидратации между водой и соединениями в цементной смеси приводит к затвердеванию и схватыванию бетона, но важна и роль песка.

"Песок и другие заполнители считаются инертными материалами и не участвуют в реакциях гидратации, - поясняет он. - Но песок отвечает за стабильность, целостность и макроструктурные характеристики бетона — его можно сравнить с элементами скелета в наших телах".

В проведенном эксперимент исследователи обнаружили, что сырая кофейная гуща значительно ослабляет полученный бетон. "Неочищенный отработанный кофе может выделять химические вещества в свежую бетонную смесь и нарушать химические реакции гидратации, которые отвечают за раннюю стадию затвердевания и схватывания", - говорит Савастано. Однако, используя химическую обработку, известную как пиролиз, команда улучшила свойства этих кофейных отходов и превратила их в подходящую замену песку, которую они назвали "кофейный биоуголь".

Пиролиз включает нагрев материала до высоких температур — в данном случае от 350 до 500 градусов Цельсия — для химического расщепления молекул на более мелкие кусочки. Такая термическая обработка повысила стабильность кофейной гущи и предотвратила выделение химических веществ, которые саботировали реакции гидратации.

Но биоуголь из кофе также обладает несколькими важными структурными преимуществами.

Кофейный биоуголь сохраняет память о пористости и проницаемости. Эти свойства играют ключевую роль в механических характеристиках и, следовательно, в долговечности материалов на цементной основе, таких как бетон.

Пористая структура увеличивает адгезию между цементом и частицами кофе и удерживает влагу внутри пор биоугля. Это означает, что по мере того, как реакции гидратации постепенно расходует воду, кофейный биоуголь выделяет влагу обратно в бетон, позволяя продолжаться этой реакции и предотвращая высыхание и растрескивание бетона.

Команда пришла к выводу, что замена 15% песка в бетоне на кофейный биоуголь дала наилучшее улучшение прочности. В настоящее время они изучают другие свойства, включая долговечность, водопоглощение, устойчивость к замораживанию-оттаиванию и электрическое сопротивление.