Сибирские ученые разработали технологию получения высокопрочного бетона на основе отходов промышленного и бытового стекла, причем количество стекла в композите составляет около 90 %. Новый стеклобетон дешевле и прочнее своих аналогов, а также он уменьшит количество неразлагаемых стекольных отходов. О разработке сообщает Красноярский научный центр СО РАН.
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 Сибирского федерального университета 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.
Увеличение тонкости помола стекла до размера одного микрометра также позволило ученым отказаться от автоклавного отвердения при производстве стеклобетона. Автоклавная закалка существенно 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 нерационально 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 Красноярского научного центра СО РАН.
Результаты исследования опубликованы в журнале Buildings.