Ученые из Донского государственного технического университета (ДГТУ), совместно с международной научной группой, предложили использовать стеклянный порошок как частичный заменитель цемента в строительных растворах. Этот метод не только поможет справиться с проблемой накопления стеклянных отходов, но и позволит наладить локальное производство стройматериалов, что снизит их стоимость.
Опубликованные результаты можно найти в журнале Scientific Reports. В традиционный состав цемента входят глины и известняки, которые регулируют пластичность смесей, а также различные добавки, повышающие прочность материала, уменьшающие время его затвердевания и улучшающие другие показатели.
Среднестатистически цемент содержит около 20% оксида кремния (SiO2) — того же химического вещества, из которого производят бытовое и промышленное стекло, поясняют специалисты ДГТУ. В связи с быстрым ростом численности населения и увеличением потребности в строительстве различных объектов, с 1990-х годов производство цемента постоянно растёт. Согласно последним данным за 2023 год, лидерами в выпуске цемента являются Китай (2,1 млрд тонн), Индия (410 млн тонн) и Вьетнам (110 млн тонн).
В то же время, в мире ежегодно производят примерно 10 миллионов тонн стекла, из которых перерабатывается лишь около 20%. Стекло, в отличие от бумаги или тканей, не подвержено естественному разложению — оно тысячелетиями распадается лишь на мельчайшие частицы под воздействием механических воздействий.
Совместно с учёными из Азербайджана, Саудовской Аравии, Сомали и Турции специалисты ДГТУ доказали, что внедрение стеклянных отходов в строительные смеси в качестве замены части цемента, при оптимальных дозировках, не ухудшает прочностные характеристики бетона и изделий из него. По словам заведующего кафедрой «Строительство уникальных зданий и сооружений» ДГТУ Сергея Стельмаха, «образцы с заменой до 10% цемента стеклянным порошком демонстрировали не худшие прочностные показатели по сравнению с традиционными образцами, изготовленными на цементной основе».
Однако, превышение данной доли приводит к риску снижения технологических свойств смесей и нарушению прочности контактных зон в застывшем бетоне, предупредил Сергей Стельмах. Использование стеклянного порошка вместо специальных добавок может значительно уменьшить стоимость строительства и упростить логистику.
Кроме того, такой подход решит проблему накопления стеклянных отходов, отметил исследователь. «Главное достоинство наших результатов — комплексный научно-практический анализ использования стеклянного порошка в качестве частичной замены цемента в бетонных и железобетонных изделиях.
Мы провели как экспериментальные исследования, так и теоретические расчёты, а также разработали модель, позволяющую прогнозировать поведение бетона в зависимости от количества добавленного стеклянного порошка», — добавил Сергей Стельмах. В ближайшем будущем команда ДГТУ совместно с зарубежными коллегами намерена изучить, как размеры частиц стекла и степень замещения цемента влияют на консистенцию бетонных смесей и эксплуатационные характеристики конструкций.