Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Бетон без цемента снизит вероятность засора канализации

Различное воздействие кислот на разные бетоны, без портландцемента: М3, М4, М7, М8

Roychand et al. / Resources, Conservation and Recycling, 2020

Австралийские ученые экспериментально определили, какие виды бетона устойчивы к кислоте. Выяснилось, что одним из ключевых ингредиентов таких бетонов является летучая зола, кроме того, можно обойтись вовсе без портландцемента. Исследователи рассчитывают, что кислотостойкий бетон без цемента пригодится при строительстве канализаций, где постепенная коррозия обычного бетона сильно увеличивает вероятность засора. Статья опубликована в журнале Resources, Conservation and Recycling.

Бетон состоит из наполнителя и вяжущего вещества. Почти весь современный бетон связывается портландцементом (обожженная смесь гипса, глины и известняка). Но портландцемент — не единственное доступное человечеству вяжущее вещество. Для римского бетона готовили смесь из извести и пуццолана, особой вулканической породы, в наши дни по разным причинам тоже ищут способы производить искусственный камень без цемента. Некоторые считают производство портландцемента вызовом для экологии, поскольку оно ответственно за эмиссию пяти процентов парниковых газов, а на Марсе, где вода не может находиться в жидком состоянии, возможно, пригодится серобетон.

Среди прочего, наличие известняка в портландцементе делает его не лучшим выбором для строительства канализаций. Дело в том, что активность микробов создает кислую среду, а кислота растворяет известняк. Как следствие, в воду утекают соли кальция, про которые доказано, что они взаимодействуют с жировыми наслоениями и способствуют формированию нерастворимых пробок.

Рэджив Ройчэнд (Rajeev Roychand) из Мельбурнского королевского технологического института и его коллеги изготовили несколько образцов бетона разного состава и выяснили, какой из них наиболее подходит для канализации. Для сравнения некоторые образцы содержали портландцемент, а в некоторых были исключительно нестандартные материалы.

Первый из них — летучая зола, мелкодисперсный продукт горения ископаемого топлива, в составе которого доминируют оксиды кремния, алюминия и кальция. Второй — измельченный доменный шлак, чей состав похож на золу, но с другими типичными пропорциями. Третий, четвертый, и пятый ингредиенты соответственно — гашеная известь, нанопорошок диоксида кремния и коммерческий полимерный пластификатор для бетонов. Из смеси этих компонентов в разных пропорциях сделали разные бетонные кубики, но с одинаковой долей песка и гравия. В четырех составах из девяти не было портландцемента вовсе. Эти кубики подвергли серии испытаний, ключевым из которых была многодневная ванна слабого раствора серной кислоты. Последствия ванны оценивали по проценту вымытого из кубика материала.

Ожидаемо, хуже всего показал себя бетон из чистого портландцемента — спустя 58 дней он лишился 16 процентов массы. Добавление в смесь летучей золы сильно увеличило стойкость материала — он потерял лишь 0,7 процента массы, но при этом его прочность на сжатие оказалась не самой высокой. Баланс механической прочности и устойчивости к кислоте показали три варианта состава, из которых два были безцементными — включали в себя золу, шлак и небольшое количество нанопорошка диоксида кремния. Они потеряли 0,7 процента массы, а их прочность на сжатие превысила 50 мегапаскалей. Ученые считают, что для строительства канализаций лучше всего подойдет тот бетон, в котором цемента нет вовсе, так как важнее полностью исключить известняк, чем уменьшить коррозию в целом. На следующем этапе исследователи планируют изучить, как меняются механические свойства каждого из этих бетонов при долгосрочной эксплуатации в условиях, максимально приближенных к реальной канализации.

Сделать бетон без цемента — недостаточно радикальный шаг для некоторых. Сингапурские ученые предложили строительный материал для Марса, сделанный на основе хитина членистоногих. Если же вам совсем не важна цена, то кирпичи можно лепить даже из графена.

Василий Зайцев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.