Учёные из ДГТУ совместно с международными коллегами предложили внедрить стеклянный порошок в качестве частичной замены цемента в строительных смесях. Такой метод поможет эффективно утилизировать накопившиеся стеклянные отходы и одновременно снизить себестоимость стройматериалов. Кроме того, это позволит наладить более локализованное производство бетона.
Итоги исследования опубликованы в журналеScientific Reports.
В цементную смесь входят глины и известняк, которые отвечают за её пластичность. В неё также добавляют специальные компоненты, повышающие прочность материала, уменьшающие время его затвердевания и улучшающие прочие характеристики.
По данным специалистов Донского государственного технического университета (ДГТУ), в среднем цемент содержит около 20% оксида кремния (SiO₂) — того же вещества, что служит основой для производства бытового и промышленного стекла.
Рост производства цемента и стекла в мире
С начала 1990-х годов наблюдается постоянное увеличение объёмов производства цемента, что связано с быстром увеличением численности населения и потребностью в строительстве различных сооружений. По данным 2023 года, основными производителями цемента являются Китай с показателем в 2,1 миллиарда тонн, Индия — 410 миллионов тонн, а также Вьетнам — 110 миллионов тонн. В то же время, ежегодный выпуск стекла в мире оценивается примерно в 10 миллионов тонн. К сожалению, перерабатывается лишь около 20% произведённой продукции, что указывает на значительный потенциал для улучшения экологической ситуации.
Стекло не разлагается естественным образом, как бумага или ткань, а со временем измельчается под воздействием физических факторов. Исследователи из российского университета вместе с коллегами из Азербайджана, Саудовской Аравии, Сомали и Турции доказали, что замена части цемента стеклянными отходами в строительных смесях не снижает прочность бетона и сооружений на его основе, при условии правильного дозирования.
Исследование использования стеклянных отходов в цементных смесях
По словам Сергея Стельмаха, руководителя кафедры «Строительство уникальных зданий и сооружений» ДГТУ, образцы бетона, в которых до 10% цемента заменено стеклянными отходами, демонстрируют прочностные показатели, сопоставимые с традиционными цементными составами.
Однако при увеличении доли стекла выше этого значения возможно ухудшение технологических характеристик смесей и нарушение качества связующих зон в затвердевшем материале. Таким образом, умеренное применение стеклянных отходов может быть перспективным, но чрезмерное — нежелательно.
Использование стеклянного порошка в строительстве
Внедрение стеклянного порошка в состав строительных смесей вместо традиционных добавок способно существенно снизить затраты и облегчить логистику. Кроме того, этот подход поможет эффективно утилизировать стеклянные отходы, отметил исследователь Сергей Стельмах. «Главная ценность нашей работы — комплексный научно-практический анализ применения стеклянного порошка как частичной замены цемента в бетонных и железобетонных конструкциях. Мы провели как экспериментальные испытания, так и теоретические расчеты, создав модель, которая позволяет прогнозировать поведение материала при различном содержании порошка», — пояснил учёный.
В скором времени специалисты Донского государственного технического университета вместе с иностранными учёными намерены изучить, как размер стеклянных частиц и доля замещения цемента влияют на свойства бетонных смесей. Особое внимание будет уделено изменению консистенции растворов, а также оценке характеристик готовых бетонных конструкций, изготовленных с использованием этих смесей. Целью работы является выявление оптимальных параметров для улучшения качества и эксплуатационных показателей бетона.
#новостинауки #стройматериал #бетон #строимдом #своинаморе