Использовать стеклянный порошок в качестве частичной замены цемента в строительных смешениях предложили ученые ДГТУ в составе международного научного коллектива. Применение такого подхода позволит не только решить проблему накопления стеклянных отходов, но и локализовать производство стройматериалов, при этом снизив их стоимость. Итоги представлены в Scientific Reports.
В состав цемента входят глины и известняки, которые регулируют пластичность строительной смеси, а также добавки, увеличивающие его прочность, сокращающие пора затвердевания или влияющие на другие характеристики. В среднем в цементе содержится около 20 процентов оксида кремния (SiO2) — того же вещества, какое используется как основа для бытовых и промышленных стекол, рассказали специалисты Донского государственного технического университета (ДГТУ).
Из-за стремительного роста народонаселения планеты и увеличивающейся потребности в строительстве объектов различного назначения, с 1990-х годов производство цемента растет ежегодно: сообразно данным за 2023 год, лидерами производства цемента являются Китай (2,1 миллиарда тонн), Индия (410 миллионов тонн) и Вьетнам (110 миллионов тонн). При этом всемирное производство стекла, по оценкам специалистов, составляет около десяти миллионов тонн ежегодно, причем лишь 20 процентов изделий перерабатываются.
Природного разложения стекла (как бумаги или ткани) не происходит — оно тысячи лет перетирается в мельчайшие частицы под воздействием физических сил.
Ученые российского вуза совместно с коллегами из Азербайджана, Саудовской Аравии, Сомали и Турции получили доказательства, что добавление в строительную смешение стеклянных отходов вместо части цемента в рациональном количестве не ухудшает механических свойств бетонов и конструкций на его основе.
«Образчики из смесей, в которых до 10 процентов цемента заменены стеклянными отходами, обладали не худшими прочностными характеристиками по сравнению с аналогами, выполненными на цементе. Чрезмерно большенное количество такого заменителя вызывает риск ухудшения технологических свойств смесей и потенциальное нарушение контактных зон в затвердевшем материале», — рассказал заведующий кафедрой «Стройка уникальных зданий и сооружений» ДГТУ Сергей Стельмах.
Добавление в строительную смесь стеклянного порошка вместо специальных добавок может гораздо удешевить строительство и упростить логистику. Также это может решить проблему скапливающихся отходов стекла, подчеркнул ученый.
«Преимущество полученных нами итогов — в комплексном научно-практическом подходе к оценке стеклянного порошка как замены части цемента в бетонах и железобетонных изделиях. Мы провели экспериментальные и теоретические расчеты и предложили модель, какая позволяет предсказать поведение бетона при том или ином количестве стеклянного порошка в его составе», — добавил Сергей Стельмах.
В ближайшем будущем специалисты ДГТУ совместно с зарубежными коллегами планируют исследовать влияние размера частиц стекла и процента замены цемента на консистенцию бетонных смешений и характеристики конструкций из них.