Relationen mellan LS/CS-förhållandet och prestanda i DG-aktiverade hybridcement

Förvandla industravfall till starkare, grönare cement

Högar av avfall från metallraffinaderier — material som litiumslagg och kopparslagg — växer runt om i världen och hotar mark, vatten och luftkvalitet. Denna studie undersöker ett sätt att omvandla dessa besvärliga biprodukter till användbara ingredienser i cement, vilket minskar avfallet och sänker byggsektorns miljöavtryck utan att offra hållfasthet. Genom att finjustera hur olika slagger blandas och varsamt ”väcka” dem med ett milt tillsatsmedel visar forskarna att betong kan bli både grönare och tillräckligt robust för verklig användning.

Varför dessa avfall ökar som ett problem

Produktionen av litium för batterier och koppar för ledningar genererar stora mängder slagg för varje ton värdefull metall. Litiumslagg är rik på kiseldioxid och alumina, medan kopparslagg innehåller mycket järn och kiseldioxid men mycket lite kalk. På egen hand reagerar dessa material långsamt i cement och är svåra att använda effektivt. Samtidigt står vanligt portlandcement, fundamentet i modern byggnation, för en stor del av de industriella koldioxidutsläppen. Att hitta ett sätt att blanda in dessa slagger i cement och få dem att härda ordentligt utan starka kemikalier skulle kunna avlasta både metall- och cementindustrin ur ett miljöperspektiv.

En mild knuff istället för starka kemikalier

Teamet utformade ett hybridbindemedel där 30 procent av cementen ersätts av en blandning av litiumslagg och kopparslagg, medan en liten dos av avsvavlad gips — en biprodukt från rening av rökgaser vid kraftverk — fungerar som en mild aktiverare. Istället för att använda starka alkalier, som kan vara korrosiva och kostsamma, förlitar de sig på denna lågalkaliska, sulfatberikade miljö för att få avfalls­pulvret att reagera. Litiumslaggen mals mycket fint genom våtkulslipning, vilket ger mycket små partiklar som kan fungera som frön för kristalltillväxt. Kopparslaggen, med större och mer kantiga korn, hjälper till att fylla utrymme och bidrar med järnrika komponenter som senare deltar i härdnadsnätverket.

Hitta den perfekta blandningen

För att se hur receptförändringar påverkar prestanda förberedde forskarna flera pastor och murbruk med olika litium‑till‑koppar-slaggförhållanden, alla med samma totala ersättningsnivå. De mätte hur lättflytande de färska blandningarna var, hur starka de blev vid 3, 7 och 28 dagar och vilka typer av kristaller och gelbildningar som uppstod internt. De använde även verktyg som röntgendiffraktion, infraröd spektroskopi, elektronmikroskopi och kvicksilverinträngning för att undersöka den inre strukturen och poresystemet. En blandning i synnerhet — innehållande 20 procent kopparslagg och 10 procent litiumslagg — utmärkte sig. Efter 28 dagar nådde dess tryckhållfasthet mer än 95 procent av vanlig cement, och dess böjhållfasthet var tydligt högre än blandningar med endast en typ av slagg.

Hur slaggerna samverkar

Data visar att litiumslagg och kopparslagg tillsammans åstadkommer mer än vad någon av dem kan göra ensam. Litiumslaggen konsumerar kalciumhydroxid, en biprodukt från cementets hydrering, och bidrar därigenom till bildandet av extra bindande geler rika på kiseldioxid och alumina. Dessa geler främjar även vidare reaktion av mineraler i kopparslaggen, inklusive järnbärande faser som långsamt sönderfaller och ansluter sig till det härdade nätverket. Samtidigt möjliggör de olika partikelstorlekarna hos cement, fin litiumslagg och grövre kopparslagg en tätare packning och lämnar mindre tomrum. Poremätningar visar att den optimerade blandningen förskjuter materialet mot mindre, mindre skadliga porer och en tätare, mer komplex mikrostruktur, vilket hänger nära samman med förbättrad styrka och hållbarhet.

Vad detta innebär för framtidens byggnader

Kort sagt visar studien att noggrant balanserade blandningar av litiumslagg och kopparslagg, varsamt aktiverade med avsvavlad gips, kan ersätta en betydande del av traditionellt cement samtidigt som de levererar starka, kompakta byggmaterial. Den bästa blandningen kommer nästan upp i vanlig cement vad gäller styrka, förbättrar den interna densiteten och förvandlar problematiskt industravfall till en resurs. Även om frågor kvarstår om mycket långsiktigt beteende och motståndskraft mot hårda miljöer, pekar detta arbete mot en praktisk väg för mer hållbar betong som använder industrins avfall på ett smartare sätt.

Citering: Xiang, B., Zhang, Z., Yang, G. et al. The LS/CS ratio-performance relationship in DG-activated hybrid cements. Sci Rep 16, 8865 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38577-6

Nyckelord: grönt cement, återvinning av industravfall, litiskslagg, kopparslagg, hållbart betong