Ученые Донского государственного технического университета (ДГТУ) в составе международной исследовательской группы предложили использовать стеклянный порошок в роли частичной замены цемента в строительных смесях. Такой метод не только поможет решить проблему накопления стеклоотходов, но и поспособствует локализации производства строительных материалов, а также уменьшит их стоимость.
Подробности исследования опубликованы в журнале Scientific Reports. Традиционный цемент содержит глинистые минералы и известняк, которые обеспечивают необходимую пластичность смеси, а также различные добавки, повышающие прочность, ускоряющие процесс затвердевания или влияющие на другие свойства материала.
По словам специалистов ДГТУ, в цементе примерно 20% занимает оксид кремния (SiO2) — тот же компонент, что используется для изготовления бытового и промышленного стекла. С 1990-х годов ежегодное производство цемента стабильно растет из-за увеличивающегося населения и роста потребности в строительстве. По данным 2023 года, основными производителями цемента являются Китай (2,1 млрд тонн), Индия (410 млн тонн) и Вьетнам (110 млн тонн).
В то же время мировое производство стекла ежегодно достигает около 10 миллионов тонн, при этом лишь 20% от этого объема подвергается переработке. В отличие от бумаги или ткани, стекло не разлагается естественным образом, а с течением времени лишь измельчается на мельчайшие частицы под действием физических факторов.
Российские ученые вместе с исследователями из Азербайджана, Саудовской Аравии, Сомали и Турции доказали, что частичная замена цемента стеклянными отходами в определенных дозах не снижает механические характеристики бетона и конструкций, созданных на его основе. Как отметил заведующий кафедрой «Строительство уникальных зданий и сооружений» ДГТУ Сергей Стельмах, образцы с заменой до 10% цемента стеклянным порошком продемонстрировали прочность, не уступающую традиционным аналогам.
При этом слишком большое количество стеклянной добавки может негативно повлиять на технологические параметры смесей и нарушить качество контактных зон в затвердевшем бетоне, — пояснил эксперт. Использование стеклянного порошка вместо дорогостоящих специальных добавок способно значительно снизить стоимость строительства и упростить логистику.
Кроме того, это решение позволит эффективно утилизировать стеклянные отходы, отметил ученый. «Главное достоинство нашего исследования — комплексный научно-практический подход к оценке стеклянного порошка как заменителя части цемента в бетонах и железобетонных изделиях.
Мы провели как эксперименты, так и теоретические расчеты, а также разработали модель, предсказывающую поведение бетонной смеси в зависимости от количества внесённого стеклянного порошка», — добавил Сергей Стельмах. В ближайшем будущем специалисты ДГТУ совместно с зарубежными коллегами намерены изучить, как размер частиц стекла и уровень замещения цемента влияют на свойства консистенции бетонных смесей и качество готовых конструкций.