Förhållandet mellan härdningsmetoder och härdningstemperaturer med NaOH‑molaritet och deras effekter på beteendet hos geopolymert betong

Starkare, grönare betong för vardagliga konstruktioner

Betong finns överallt — från hus och broar till trottoarer. Men tillverkningen av traditionell betong släpper ut stora mängder koldioxid. Denna studie undersöker ett alternativ kallat geopolymert betong, som kan framställas av industriella biprodukter såsom flygaska och masugnsslagg. Forskarlaget ville ta reda på hur man bäst ”härdar” denna grönare betong — antingen i en het ugn eller i normal rumstemperatur — så att den blir tillräckligt stark för riktiga byggnader samtidigt som energianvändning och miljöpåverkan hålls låg.

Två sätt att härda en ny typ av betong

Teamet framställde många satser geopolymert betong med flygaska som huvudingredienser, naturligt sand och grus som ballast och en starkt alkalisk vätska baserad på natriumhydroxid och natriumsilikat. Vissa blandningar innehöll också mald masugnsslagg, en annan industriell biprodukt rik på kalcium. Den färska betongen härdades sedan med två olika tillvägagångssätt. I det ena placerades provstycken i en ugn vid temperaturer mellan 45 °C och 120 °C. I det andra lämnades blandningar som innehöll slagg för härdning i laboratoriet vid cirka 23 °C, liknande en typisk inomhusmiljö. Detta möjliggjorde en direkt jämförelse mellan energiintensiv värmebehandling och lågenergihärdning i rumstemperatur.

Att hitta den optimala balansen mellan värme och kemikalier

För ugnshärdade prov mätte forskarna hur mycket belastning betongen kunde bära i tryck, böjning och indirekt drag efter härdning. De fann ett tydligt mönster: att höja ugnstemperaturen från 45 °C till 90 °C ökade styrkan avsevärt, men att gå upp till 120 °C gjorde att betongen försvagades igen. Mikroskopiska bilder visade varför — hög värme påskyndar de kemiska reaktioner som binder materialet, men för mycket värme driver ut vatten och skapar små sprickor. Koncentrationen av den basiska lösningen spelade också roll: att använda en starkare natriumhydroxidlösning (12 molar istället för 8 eller 10) gav högst hållfasthet, med tryckhållfasthetsvärden runt 60–65 MPa vid 90 °C, jämförbart med högpresterande strukturell betong.

Få rumstemperaturhärdning att fungera

Rumstemperaturhärdning är mycket mer praktiskt på byggarbetsplatser, så teamet testade hur mycket slagg som skulle tillsättas för att hjälpa materialet att härda utan extra värme. Under omgivningsförhållanden berodde styrkan starkt på både slagginnehåll och alkalikoncentration. Måttliga mängder slagg — typiskt omkring 10–15 % av bindemedlet — gjorde betongen avsevärt starkare genom att bilda ytterligare bindande geler rika på kalcium, vilka fyllde porer och gav en tätare intern struktur. För lite slagg ledde till långsammare härdning, medan för mycket spädde ut den reaktiva flygaskan och minskade bearbetbarheten, vilket återigen sänkte hållfastheten. Att öka natriumhydroxidkoncentrationen från 8 till 12 molar ökade konsekvent styrkan över alla slaggnivåer, även utan ugnshärdning.

Vad som händer inne i betongen

För att se vad som skedde i mikroskala använde forskarna högupplöst avbildning och kemisk analys. I de omgivningshärdade blandningarna med slagg framträdde den interna strukturen som relativt kompakt, med en blandning av olika gel‑faser som band samman partiklar och lämnade få porer. I kontrast visade ugnshärdade prover utan slagg mycket täta nätverk av aluminosilikatgel men också fler mikrokrackor när temperaturerna var för höga. Elementära mätningar bekräftade dessa skillnader: slagginnehållande blandningar innehöll mer kalcium och bildade kalciumrika geléer lämpliga för rumstemperaturhärdning, medan ugnshärdade, slaggfria blandningar huvudsakligen förlitade sig på natriumbaserade aluminosilikatgeléer som reagerade starkt på värme.

Att balansera styrka, energianvändning och hållbarhet

Genom att sammanföra all data, inklusive statistisk analys, visar studien att både härdningsmetod och alkalikoncentration starkt påverkar geopolymert betongs prestanda. Den enskilt starkaste blandningen framställdes med en 12 molar natriumhydroxidlösning och härdades vid 90 °C. Ändå nådde en optimerad rumstemperaturblandning med samma alkalinivå och cirka 10 % slagg mer än tre fjärdedelar av den styrkan — tillräckligt för många strukturella användningsområden — utan någon extern uppvärmning. För en lekmannaläsare är budskapet enkelt: genom att noggrant ställa in temperatur, kemisk styrka och slagginnehåll kan ingenjörer utforma geopolymert betong som är tillräckligt stark för verkliga byggprojekt samtidigt som både bränsleförbrukning och klimatpåverkan minskas jämfört med traditionell cementbaserad betong.

Citering: Özkılıç, Y.O., Mohamud, M.A., Yılmaz, F. et al. The relationship of curing methods and curing temperatures with NaOH molarity and their effects on the behavior of geopolymer concrete. Sci Rep 16, 8346 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39478-4

Nyckelord: geopolymert betong, låga utsläpp i byggande, härdningstemperatur, masugnsslagg, hållbara material