Design och karakterisering av hållbara murbruk som innehåller material från industriavfall

Bygga med avfall istället för ny bergart

Betong och murbruk formar våra städer i det tysta, men tillverkningen av det cement som håller dem samman är en betydande källa till klimatpåverkande koldioxid. Denna studie utforskar en annan väg: murbruk till stor del gjort av industriavfall, såsom flygaska från kraftverk och slagg från stålproduktion. Genom att noggrant aktivera dessa pulver med alkaliska lösningar visar författarna att det är möjligt att skapa starka, hållbara byggmaterial samtidigt som klimatavtrycket minskas och behovet av nya råvaror reduceras.

Varför en omprövning av cement spelar roll

Traditionellt Portlandcement produceras i gigantiska ugnar som värmer kalksten och lera till omkring 1450 °C, en process som kräver mycket energi och frigör CO₂ både från bränslet och från kalkstenen själv. När den globala efterfrågan på byggnader och infrastruktur växer står cement ensam för ungefär 7 % av de globala CO₂‑utsläppen. Många länder söker därför renare byggmaterial som ändå ger den styrka och hållbarhet som ingenjörer förlitar sig på, men med lägre utsläpp och bättre användning av industriella biprodukter som annars skulle hamna på deponier.

Förvandla aska och slagg till nytt murbruk

Forskarna utformade tre murbruksrecept som ersätter Portlandcement med blandningar av flygaska (ett fint pulver från kolbränning), mald masugnsslagg från stålframställning och kiseldamm, alla kombinerade med sand. Dessa pulver ”aktiverades” inte genom högtemperaturbränning utan genom att blandas med en lösning av kaliumhydroxid och flytande natriumsilikat, varefter murbruken härdades i vanlig rumstemperatur och måttlig luftfuktighet. En blandning använde flygaska från ett rumänskt kraftverk, en annan använde flygaska från Kanada, och en tredje kombinerade den kanadensiska flygaskan med slagg. För jämförelse förberedde teamet även ett standardmurbruk baserat på cement som kontroll.

Hur starka är dessa avfallsbaserade murbruk?

Under 28 dagar testades murbruken för tryckhållfasthet (hur stor last de kan bära innan de krossas) och böjhållfasthet (motstånd mot böjning). Typen av flygaska och de exakta proportionerna av flytande aktivator visade sig vara mycket betydelsefulla. Murbruk gjort med rumänsk flygaska nådde endast cirka 8 MPa i tryckhållfasthet, medan den kanadensiska flygaskan nästan tredubblade den prestationen till omkring 26 MPa. Justering av förhållandet flytande/pulver visade att för mycket aktivator lämnar materialet poröst och svagt, medan en balanserad mängd skapar en tätare, starkare matris. Ökning av koncentrationen av kaliumhydroxidlösningen från 3,8 till 5,1 molar ökade styrkan ytterligare, sannolikt eftersom den löste upp och omorganiserade askpartiklarna mer effektivt.

Förbättrad prestanda med masugnsslagg

Det mest framstående resultatet kom från blandningen som kombinerade kanadensisk flygaska med masugnsslagg och en liten mängd kiseldamm. Detta recept uppnådde en tryckhållfasthet på cirka 44 MPa och en böjhållfasthet på 7,4 MPa efter 28 dagar—värden som är jämförbara med eller bättre än kontrollmurbruket baserat på Portlandcement. Mikroskopisk avbildning visade att den bäst presterande blandningen bildade ett tätt, kontinuerligt gelsystem som omfamnade kvarvarande partiklar och sand, med färre sprickor och hålrum. Termiska tester indikerade att dessa murbruk förlorar mycket lite massa vid upphettning till höga temperaturer, vilket tyder på god stabilitet vid brand eller värmeexponering.

Klimatpåverkan och praktiskt löfte

Utöver mekanisk prestanda uppskattade teamet koldioxidavtrycket för sina avfallsbaserade murbruk. Eftersom flygaska, slagg och kiseldamm är biprodukter från andra industrier kräver de ingen ny högtemperaturbearbetning för att användas i murbruk. När produktionen av aktivatorn inkluderas men transport exkluderas, avger de resulterande murbruken ungefär 220 kilogram CO₂ per kubikmeter. Det är ungefär 30 % lägre än typiska betonger gjorda enbart med Portlandcement och cirka 45 % lägre än vissa cement‑slagg‑murbruk som rapporterats i litteraturen. Med andra ord kan dessa blandningar leverera hög styrka samtidigt som de meningsfullt minskar utsläppen.

Vad detta betyder för framtida byggnader

Enkelt uttryckt visar studien att väl utformade murbruk tillverkade av industriellt avfallspulver, aktiverade i rumstemperatur med måttliga alkaliska lösningar, kan matcha eller överträffa konventionella cementmurbruk i styrka samtidigt som CO₂‑utsläppen minskas avsevärt. Om de skalförökas skulle sådana material kunna göra det möjligt för byggare att förvandla aska och slagg till värdefulla ingredienser istället för kostsamt avfall, vilket minskar trycket på både stenbrott och ugnar. Även om långtidsbeständighet och storskalig produktion fortfarande behöver testas, pekar arbetet mot en framtid där byggnader bokstavligt talat vilar på återvunna fundament.

Citering: Caftanachi, M., Vrabie, M., Harja, M. et al. Design and characterization of sustainable mortars incorporating industrial waste–derived materials. Sci Rep 16, 12145 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41743-5

Nyckelord: hållbart murbruk, alkalaktiverade material, flygaska, sats från masugn, lågkoldioxidbyggande