Группа учёных из Донского государственного технического университета (ДГТУ) в рамках международного сотрудничества предложила использовать стеклянный порошок как частичный заменитель цемента в строительных смесях. Этот метод позволит одновременно решить проблему накопления стеклянных отходов и создать условия для локализации производства стройматериалов, что, в свою очередь, сократит их стоимость.
Опубликованные данные представлены в журнале Scientific Reports. Цемент включает в себя глины и известняки, которые отвечают за пластичность смеси, а также добавки, направленные на повышение прочности, уменьшение времени затвердевания и улучшение других характеристик материала.
В цементе в среднем содержится около 20% оксида кремния (SiO2) — вещества, из которого изготавливают бытовое и промышленное стекло, пояснили специалисты ДГТУ. В связи с быстрым ростом населения Земли и увеличением объёмов строительства с 1990-х годов мировое производство цемента неуклонно растёт: по данным 2023 года, крупнейшими производителями являются Китай (2,1 млрд тонн), Индия (410 млн тонн) и Вьетнам (110 млн тонн).
Мировой объём выпуска стекла по оценкам экспертов составляет примерно десять миллионов тонн ежегодно, при этом перерабатывается всего около 20% изделий. Стекло не разлагается естественным путём, как бумага или текстиль, а со временем физические воздействия раскалывают его на мельчайшие частицы.
Учёные ДГТУ совместно с коллегами из Азербайджана, Саудовской Аравии, Сомали и Турции подтвердили, что добавление стеклянных отходов в строительные смеси на замену части цемента не снижает прочностные характеристики бетонных материалов и изделий на их основе, если соблюдать оптимальные дозировки. «Образцы смесей, в которых до 10% цемента было заменено стеклянным порошком, продемонстрировали прочность, не уступающую аналогам на чистом цементе.
Однако чрезмерное количество этого заменителя может привести к ухудшению технологических свойств смесей и нарушению контактных зон внутри затвердевшего материала», — пояснил заведующий кафедрой «Строительство уникальных зданий и сооружений» ДГТУ Сергей Стельмах. Использование стеклянного порошка вместо специальных добавок способно существенно снизить стоимость строительства и упростить логистику.
Кроме того, это даёт возможность эффективно утилизировать накапливающиеся стеклянные отходы, подчеркнул учёный. «Главное преимущество наших исследований заключается в комплексном научно-практическом подходе для оценки стеклянного порошка как заменителя части цемента в бетонах и железобетонных изделиях.
Мы провели серию экспериментов и теоретических расчётов, а также разработали модель, которая помогает предсказывать свойства бетона в зависимости от содержания стеклянного порошка», — добавил Сергей Стельмах. В ближайшее время учёные ДГТУ вместе с зарубежными партнёрами планируют изучить влияние размера частиц стекла и процента замены цемента на пластичность бетонных смесей и эксплуатационные характеристики конструкций из них.