Сибирские ученые разработали технологию получения высокопрочного бетона на основе отходов промышленного и бытового стекла, причем количество стекла в композите составляет порядка 90%. Новый стеклобетон не только дешевле и прочнее своих аналогов, но и уменьшит количество неразлагаемых стекольных отходов. Результаты исследования опубликованы в журнале Buildings.
Сергей Добросмыслов
Отходы стекла считаются самыми трудными для утилизации и, вопреки существующему заблуждению, наносят вред окружающей среде. Стекло практически не разлагается под воздействием природных процессов, а также большинства щелочей, кислот и солей. Ежегодно в мире образуется большое количество промышленных и бытовых отходов стекла, которые, однако, могут быть переработаны и использованы в производстве новых изделий.
Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» с коллегами из СФУ разработали усовершенствованный высокопрочный стеклонаполненный бетон, состоящий на 90% из стекольных отходов. В качестве стеклобоя использовали отходы оконного стекла. Данный композит перспективен в строительстве, отделке и реставрации зданий, где требуются максимально прочные и долговечные материалы.
Стекло в качестве наполнителя для бетонных составов обычно снижает прочность материала из-за химического взаимодействия стекла и цемента. Поэтому исследователи представили новый подход к созданию композитного стеклобетона: специалисты измельчали битое стекло. В качестве наполнителя использовались частицы стекла размером около 50–60 микрометров, полученные на шаровой мельнице. В качестве связующего элемента также использовалось стекло, но измельченное еще больше — до одного микрометра, на планетарной мельнице. Стекло содержит оксид кремния, который, вступая в химическую реакцию с добавленным оксидом кальция, формирует силикат кальция. Он и выполняет роль связующего элемента в стеклобетонном материале. Силикат кальция в качестве связующего компонента позволяет исключить цемент из состава, что значительно снижает энергозатраты и выбросы углерода при производстве строительных изделий.
Образец разработанного стеклобетона
Увеличение тонкости помола стекла до размера одного микрометра также позволило ученым отказаться от автоклавного отвердения при производстве стеклобетона. Автоклавная закалка значительно увеличивает стоимость и энергоемкость процесса. Ее исключение позволяет значительно сэкономить энергетические ресурсы.
Ученые провели ряд экспериментов и оптимизировали параметры процесса получения высокопрочного стеклобетонного материала. При увеличении концентрации вяжущего компонента — тонкоизмельченного стекла и оксида кальция с 20 до 50%, прочность стеклобетонной композиции увеличивается в 2.5 раза.
«Человечество производит большое количество неразлагаемых и трудноразлагаемых отходов, оказывающих значительную техногенную нагрузку на окружающую среду. Размещение этих отходов на полигонах не рационально с экономической точки зрения, так как выводит материал из хозяйственного оборота. Мы разработали высокопрочный строительный материал на основе промышленных и бытовых отходов стекла. Использование отходов при производстве материалов позволит снизить как техногенную нагрузку на окружающую среду, так и себестоимость готовой продукции. Использование отходов в 2–3 раза дешевле природного сырья. Новый композит открывает возможности для создания более прочных и устойчивых сооружений в будущем», — рассказал Сергей Добросмыслов, кандидат технических наук, научный сотрудник ФИЦ КНЦ СО РАН.
Фотографии Анастасии Тамаровской / ФИЦ КНЦ СО РАН
Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»