Измельченные шины сделали переработанный бетон прочнее обычного

Kazmi et al. / Resources, Conservation & Recycling, 2021

Австралийские и китайские химики научились делать прочный бетон из переработанных материалов. Они использовали твердый наполнитель, регенерированный из отходов бетона, добавили частицы переработанных автомобильных шин и применили новый способ формования бетона. Получился бетон, который в прочности даже немного превосходит традиционный. Результаты исследования опубликованы в журнале Resources, Conservation & Recycling.

Бетон — композиционный строительный материал, состоящий из водно-цементной смеси, песка и различных твердых наполнителей — дробленого камня или щебня. Ежегодно производится более трех миллиардов тонн бетона, одновременно с этим растет и количество твердых отходов на его основе, которые образуются при сносе старых зданий. Последнее время ученые и инженеры пытаются регенерировать наполнитель из таких отходов и использовать его вторично для производства нового бетона. Это может помочь одновременно уменьшить количество отходов и сделать материал дешевле. Однако, пока что такой экологичный бетон получается менее прочным, чем обычный — в среднем на 40 процентов.

Австралийские и китайские химики под руководством Ю Фея Ву (Yu-Fei Wu) из Шеньженского университета нашли способ сделать регенерированный бетон более прочным. Они впервые применили новый метод формования бетона под давлением, а чтобы повысить прочность и упругость материала, часть твердых добавок заменили на частицы использованных автомобильных шин.

В поисках идеального состава авторы приготовили бетон со стандартным твердым наполнителем, с твердым наполнителем из регенерированного бетона, без добавок частиц шин и с разными количествами частиц шин. Часть регенерированных добавок обработали известью либо уксусной кислотой. Обе процедуры помогают снизить пористость частиц наполнителя, хотя работают они по-разному. Уксусная кислота растворяет силикаты и гидроксиды кальция, из которых состоит верхний пористый слой частиц, а известь проникает внутрь пор и заполняет их. Таким образом авторы надеялись увеличить прочность бетона. Все прочие составляющие бетона были стандартными — водопроводная вода, песок и портландцемент. Всего получилось десять различных составов, для каждого состава изготовили по два образца — с традиционным формованием и формованием под прессом. Во втором случае свежий раствор бетона помещали в стальную форму и сжимали с помощью гидравлического пресса в течение суток, после чего оставляли на 28 суток при влажности 95 процентов и температуре 20 градусов Цельсия.

Образцы с регенерированным наполнителем ожидаемо оказались менее прочными: и прочность на сжатие и модуль упругости у них были ниже, чем у стандартного бетона. Однако добавка частиц шин и формование под давлением влияли на прочность хорошо: например образец регенерированного бетона с 20 процентами добавок шин продемонстрировал прочность на сжатие 36,24 мегапаскаля и модуль упругости 29,94 гигапаскаля — оба параметра были чуть выше, чем у контрольного образца. В то же время снижение пористости наполнителя с помощью уксусной кислоты и извести вопреки ожиданиям почти не улучшило прочность бетона. Поэтому авторы заключили, что в дальнейшем можно будет обойтись без этих процедур, сосредоточившись только на добавлении частиц шин и формовании под прессом.

Ву и его коллеги особо отмечают, что для производства экологичного бетона по их технологии не нужно строить новые предприятия — достаточно будет внести небольшие изменения на уже существующих линиях производства.

Разработкой материалов на основе различных видов вторсырья сейчас занимаются ученые и инженеры по всему миру. В основном подобные материалы используют в строительстве, но иногда им находится применение и в более высокотехнологичных областях. Например, из пластиковых бутылок химики сделали аноды для металл-ионных аккумуляторов, кирпичи превратили в конденсаторы. 

А в нашем материале «Кровь и бетон» можно почитать об истории композитных строительных материалов на основе крови.

Наталия Самойлова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.