Производство портландцемента — одного из самых массовых строительных материалов — дает около 7−8% всех антропогенных выбросов CO₂. При выпуске одной тонны цемента в атмосферу попадает до 0,9 тонны углекислого газа, и большая часть этих выбросов связана с химией процесса — разложением известняка при обжиге.
Одновременно в энергетике и металлургии накапливаются миллионы тонн отходов. Только на угольных тепловых электростанциях в России ежегодно образуется около 20 млн тонн золы уноса, при этом используется меньше 10%. Остальное складируется. В металлургических регионах добавляются сотни миллионов тонн шлаков, включая медно-никелевые, содержащие тяжелые металлы.
Как сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ, исследователи из Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН предложили использовать эти отходы как сырье для альтернативы портландцементу. Работа опубликована в международном журнале Minerals.
Основой стал класс щелочно-активированных вяжущих — неорганических материалов, которые формируются при взаимодействии алюмосиликатного сырья с щелочным раствором и не требуют высокотемпературного обжига. Проще говоря, прочный строительный материал можно получить без печей и клинкера, используя отходы.
В экспериментах применяли золу Апатитской ТЭЦ и гранулированный шлак Кольской горно-металлургической компании. Компоненты измельчали, смешивали в разных пропорциях и активировали жидким стеклом. Образцы твердели при комнатной температуре в течение 28 суток.
Лучший результат показала смесь с 80% шлака и 20% золы. Ее прочность на сжатие достигла 99,9 МПа — почти вдвое выше, чем у состава только из золы, и заметно выше, чем у материала только из шлака. Анализы (термогравиметрия, ИК-спектроскопия, рентгеновская дифракция, сканирующая электронная микроскопия) показали, что что в AACNS-80 формируется более плотная, однородная и менее пористая микроструктура, а в состав связующего геля эффективно включаются магний и железо из шлака, что предположительно придает ему дополнительную прочность.
Такой материал позволяет одновременно перерабатывать промышленные отходы, снижать потребность в традиционном цементе и уменьшать выбросы CO₂. По характеристикам он сопоставим с высокопрочными бетонами и подходит не только для строительства, но и для закладки выработанных пространств в рудниках.
Однако технология производства имеет ряд ограничений. Например, применяемая система «порошок + жидкий активатор» требует очень точного дозирования, из‑за чего пока уступает в удобстве традиционному цементу и перспективным «однокомпонентным» щелочно‑активированным материалам, которым достаточно просто добавить воды для запуска реакции. Кроме того, необходимо провести дополнительные испытания, чтобы оценить долговечность материала и его поведение в различных климатических условиях.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что биобетон в разы продлит срок службы зданий.
