Einwegmasken könnten zur Verbesserung von Beton verwendet werden

Da die während der Pandemie weit verbreiteten Einwegmasken nun ein Umweltproblem darstellen, haben Forscher die Idee vorgestellt, alte Masken in eine Zementmischung einzubauen, um stärkeren, haltbareren Beton herzustellen.

In einer in der Fachzeitschrift Materials Letters veröffentlichten Arbeit zeigte ein Forscherteam der Washington State University, dass die Mischung aus Maskenmaterialien nach einem Monat Aushärtung um 47% stärker war als der üblicherweise verwendete Zement.

“Diese Abfallmasken könnten tatsächlich ein wertvoller Rohstoff sein, wenn man sie richtig verarbeitet”, sagte Xianming Shi, Professor und Interimsvorsitzender des Fachbereichs Bau- und Umweltingenieurwesen und korrespondierender Autor der Studie. ​“Ich halte immer Ausschau nach Abfallströmen, und meine erste Reaktion ist: ​‘Wie mache ich daraus etwas Brauchbares für Beton oder Asphalt?’ ”

Die Herstellung von Zement ist ein kohlenstoffintensiver Prozess, der für bis zu 8 % der weltweiten Kohlenstoffemissionen verantwortlich ist. Manchmal werden dem Zementbeton bereits Mikrofasern zugesetzt, um ihn zu verstärken, aber sie sind teuer. Der mit Mikrofasern verstärkte Beton kann möglicherweise die für ein Projekt benötigte Zementmenge verringern oder die Lebensdauer des Betons verlängern, was sowohl Kohlenstoffemissionen als auch Geld für Bauherren und Eigentümer spart.

Medizinische Masken bestehen aus einem Polypropylen- oder Polyestergewebe an den Stellen, die mit der Haut in Berührung kommen, und einer ultrafeinen Polypropylenfaser für die Filterschichten und enthalten Fasern, die für die Betonindustrie nützlich sein können. Wenn sie nicht wiederverwendet werden, können Einwegmasken jahrzehntelang in der Umwelt verbleiben und eine Gefahr für das Ökosystem darstellen.

“Diese Arbeit zeigt eine Technologie auf, mit der gebrauchte Masken aus dem Abfallstrom in eine hochwertige Anwendung umgeleitet werden können”, so Shi.

In ihrer Proof-of-Concept-Arbeit entwickelten die Forscher ein Verfahren zur Herstellung winziger Maskenfasern von fünf bis 30 Millimetern Länge und fügten sie dann dem Zementbeton hinzu, um ihn zu verstärken und seine Rissbildung zu verhindern. Für ihre Tests entfernten sie die Metall- und Baumwollschleifen aus den Masken, zerschnitten sie und mischten sie in gewöhnlichen Portlandzement, die weltweit am häufigsten verwendete Zementart und der Grundbestandteil von Beton, Mörtel und Einpressmörtel.

Sie mischten die Mikrofasern der Masken mit einer Lösung von Graphenoxid, bevor sie die Mischung dem Zementbrei hinzufügten. Das Graphenoxid bildet ultradünne Schichten, die stark an den Faseroberflächen haften. Solche Masken-Mikrofasern absorbieren oder leiten die Bruchenergie ab, die zu winzigen Rissen im Beton führen würde. Ohne die Fasern würden diese mikroskopisch kleinen Risse schließlich zu breiteren Rissen und zum Versagen des Materials führen.

Die Forscher führen weitere Studien durch, um ihre Idee zu testen, dass die mit Graphenoxid behandelten Mikrofasern auch die Haltbarkeit des Betons verbessern und ihn vor Frostschäden und vor Enteisungschemikalien schützen könnten, die auf Straßen verwendet werden. Sie können sich auch vorstellen, diese Technologie auf das Recycling anderer Polymermaterialien, wie z. B. Altkleider, anzuwenden, um Anreize für die Sammlung solcher Abfälle zu schaffen.