Керамическая экодобавка из отходов значительно улучшит прочностные свойства бетона
В Томском научном центра СО РАН разработана доступная керамическая экодобавка для бетона на основе оксида алюминия, силицида железа и тройного соединения кремния, углерода и азота.
В качестве исходного сырья используются отходы потребления и производства — пластик, стекло, алюминий и окалина. Добавление 0,4 масс. % таких частиц позволит на 25-50 % повысить прочность бетона и в три раза снизить потери, возникающие в результате цикла «замораживание–оттаивание».
«Наша технология предполагает не рециклинг отходов (повторное использование в производственном цикле), а их полную, безвозвратную переработку в „зелёный“ продукт, востребованный на рынке строительных материалов. В одной научной статье я наткнулся на то, что добавление небольшой массовой доли частиц оксида алюминия позволяет значительно улучшить свойства бетона, однако сам по себе этот порошок достаточно дорогой. Так и родилась идея — предложить доступную добавку. Стоит она в три-шесть раз дешевле, для её получения не требуются коммерческие компоненты, а только лишь самые обычные отходы», — рассказал руководитель проекта, директор ООО «Керамэко», младший научный сотрудник лаборатории технологического горения ТНЦ СО РАН Алексей Матвеев.
Экологическая добавка получается в несколько этапов. Сначала собирается необходимое сырье четырёх видов, при этом пластика требуется примерно четверть от общего объёма. Все они измельчаются до определённого размера: алюминиевые отходы (банки, фольга) — до частиц размером 0,5—1 мм, стекло и окалина — чуть крупнее, а фрагменты пластика (полистирол) — примерно 3–5 мм. Получившаяся смесь на несколько часов отправляется в шаровую мельницу, где она перемешивается до однородного состояния. Затем наступает этап синтеза в реакторе без внешнего нагрева, экзотермическая реакция запускается с помощью небольшой спирали накаливания.
В результате синтеза образуется керамическая добавка на основе оксида алюминия, силицида железа и тройного соединения кремния, углерода и азота. Частицы оксида алюминия позволяют ускорить процессы схватывания и твердения бетона, а фазы силицида железа, соединения кремния, углерода и азота дополнительно его упрочняют. В ходе экзотермической реакции также наблюдается выход газа с высоким содержанием водорода (до 60 %), который может быть использован в качестве альтернативного экотоплива для различных устройств, генерирующих электроэнергию.
Алексей Евгеньевич пояснил, что новая эко-добавка будет улучшать свойства строительного бетона с помощью сразу двух механизмов — заполнения пор и кристаллизации зёрен: «Мелкодисперсные керамические частицы глубоко проникают в поры бетона и заполняют их, создавая дополнительную защиту от проникновения воды и агрессивных сред, тем самым увеличивая плотность бетона. В свою очередь, частицы керамики служат центрами кристаллизации для формирования мелких зёрен цементного камня: чем мельче зерно, тем выше прочность материала, так как мелкие зёрна обеспечивают лучшую связь между компонентами бетона».
По мнению учёного, с каждым годом будет возрастать роль зелёных технологий, позволяющих полностью перерабатывать мусор, не прибегая к новым циклам (что соответствует требованиям Национального проекта «Экологическое благополучие 2025–2030»).
Уже сейчас проектом заинтересовались российские компании, производящие строительные материалы, а также Катарско-Российская бизнес-ассамблея. Потенциальным партнёрам из стран Персидского залива требуются экологичные материалы и технологии, позволяющие повысить эффективность строительства в условиях их климата. К концу следующего года компания «Керамэко» предложит близкий к внедрению востребованный продукт, который прошёл все необходимые испытания.
Все работы в рамках договора НИОКР будут вестись в кооперации с сотрудниками Томского научного центра СО РАН, где в течение многих лет успешно развиваются исследования, связанные с экзотермическими реакциями и их практическими приложениями.
Проект поддержан Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в рамках гранта «СТАРТ-1».
Источник: пресс-служба ТНЦ СО РАН.
