Ученые разработали новый состав цемента, способного твердеть и набирать прочность при температурах до −34°С. В его состав вошли промышленные отходы, благодаря чему стройматериал выйдет дешевле и будет более экологичным. Такой цемент пригодится для строительства и ремонта зданий в арктических районах России, сообщила пресс-служба РНФ порталу Наука Mail. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Researchin Cold and Arid Regions.
В холодных регионах, включая Арктику, требуются стройматериалы, устойчивые к морозу. Обычный цемент в таких условиях работает плохо: вода в нем замерзает, химические процессы замедляются, из‑за этого он долго набирает прочность. Это критично, если нужно срочно отремонтировать здание, мост или взлетную полосу.
Магний‑фосфатный цемент — более подходящая альтернатива, потому что он твердеет быстрее и лучше переносит холод. Но и у него есть минусы: в сильные морозы затвердевание все равно замедляется, а прочность падает. К тому же его производство обходится дорого из‑за дорогого оксида магния, поэтому материал не используют массово. Ученые стараются сделать его эффективнее при экстремальном холоде и дешевле.
Исследователи из Новосибирского государственного университета (Новосибирск) разработали устойчивый к экстремальным холодам магний-фосфатный цемент на основе низкосортного оксида магния и промышленных отходов от угольных электростанций.
Авторы измельчили вместе оксид магния и золу, чтобы механически активировать сырье. Потом в смесь внесли фосфатный компонент, технические добавки, песок и воду и изготовили образцы цемента, а для сравнения — еще один вариант из неактивированного оксида магния (который не измельчали с золой). Прочность проверяли при комнатной температуре и на морозе до −34°C.
При обычной температуре активированный материал быстро твердел: через сутки активированный состав набрал более 28 мегапаскалей. На морозе твердение шло медленнее, но прочность продолжала расти. При −34°C активированный состав через сутки оказался на 74% прочнее аналога без активации и золы.
Причина в том, что активация усиливает реакцию оксида магния с фосфатным компонентом — так быстрее образуются кристаллы K‑струвита, формирующие плотную прочную структуру. Частицы золы дополнительно помогают кристаллизации и уплотняют цемент.
Мы предложили экологичный и экономически эффективный материал, который можно использовать в строительстве на территории Арктики и других холодных регионов. В его основе лежат промышленные отходы и побочные продукты производств, а не дорогое сырье, и это снижает стоимость материала, уменьшает нагрузку на окружающую среду и способствует развитию устойчивых строительных практик в зоне Крайнего Севера. На следующем этапе нашей работы мы планируем оценить долговечность разработанного материала и его возможности для практического применения в реальных условиях Арктики.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ученые САФУ повысят эффективность оборудования биотопливных котельных Арктики.