Ученые из Донского государственного технического университета (ДГТУ), работая совместно с международным научным коллективом, предложили использовать стеклянный порошок в качестве частичной замены цемента в строительных смесях. Такой подход помогает не только снизить накопление стеклолома, но и способствует локализации производства строительных материалов, а также уменьшению их стоимости.
Итоги исследования были опубликованы в журнале Scientific Reports. В состав цемента входят глины и известняки, которые регулируют пластичность раствора, а дополнительно вводятся компоненты, повышающие прочность материала, уменьшающие время затвердевания либо улучшающие иные свойства цемента.
По словам специалистов ДГТУ, в цементе примерно 20% составляет диоксид кремния (SiO2), являющийся основой для производства как бытового, так и промышленного стекла. В связи с ростом населения и увеличением строительной активности, с 1990-х годов наблюдается постоянное наращивание производства цемента: именно Китай (2,1 миллиарда тонн), Индия (410 миллионов тонн) и Вьетнам (110 миллионов тонн) возглавляют этот рынок по данным на 2023 год.
В то же время, мировое производство стекла достигает около десяти миллионов тонн в год, но только пятая часть изделий подвергается переработке. Стекло не разлагается естественным путем, как это происходит с бумагой или текстилем, а тысячелетиями разрушается исключительно под воздействием физических процессов, превращаясь в мельчайшие частицы.
Российские исследователи в сотрудничестве с коллегами из Азербайджана, Саудовской Аравии, Сомали и Турции подтвердили, что введение стеклянных отходов в строительные смеси в разумных количествах, как замена части цемента, не ухудшает механические показатели бетонов и сооружений на их основе. «Образцы смесей, где до 10% цемента заменяли стеклянным порошком, имели прочностные характеристики, сравнимые с традиционными цементными аналогами.
При избыточном введении такого заменителя появляются риски ухудшения технологических свойств смесей и нарушения контактных интерфейсов в затвердевшем материале», — пояснил заведующий кафедрой «Строительство уникальных зданий и сооружений» ДГТУ Сергей Стельмах. Использование стеклянного порошка вместо специальных добавок может значительно снизить затраты на стройматериалы и упростить логистику.
Помимо этого, подобное решение позволяет эффективно справляться с накоплением остатков стекла, отметил ученый. «Главное преимущество нашего исследования — это комплексный научно-практический анализ возможностей применения стеклянного порошка в качестве частичного заменителя цемента в бетонных и железобетонных изделиях.
Мы реализовали как экспериментальные, так и теоретические исследования, а также создали модель, позволяющую прогнозировать свойства бетона при различном содержании стеклянного порошка», — добавил Сергей Стельмах. В ближайшем будущем учёные ДГТУ вместе с зарубежными партнёрами планируют изучить влияние размера частиц стекла и доли замещения цемента на консистенцию бетонных смесей и характеристики готовых конструкций.