Учёные НИТУ МИСИС представили новый подход к производству бетона — в качестве основных веществ использовать отходы, образующиеся на различных этапах металлургического производства. Об этом говорится в информационном сообщении университета. Вот что предлагают российские учёные.
Разработка исследователей позволит более чем в два раза снизить энергоёмкость производства измельчённых минеральных порошков, используемых для изготовления бетона — минеральных вяжущих. Новая технология подойдёт для строительства дорог в суровых климатических условиях, например, в Арктике.
Строительство дорог — сложный и высокозатратный процесс. Промежуточные и верхние слои дорожного полотна чаще всего делают из бетона — искусственного материала, который получается в результате застывания определённой смеси, включающей песок или щебень, и вяжущего вещества.
Примерами «вяжущих» являются цемент и битум: при использовании первого получается строительный бетон характерного серого цвета, а из битума, песка и щебня — асфальтобетон, который также используют в качестве дорожного покрытия.
Строительство дорог — сложный и высокозатратный процесс.
Однако производство цемента — крайне неэкологично и сопровождается значительными затратами ресурсов и энергии. Так, для получения одной тонны цемента требуется от 5 до 8 ГДж тепла и около полутора тонн исходного сырья.
Большая часть этой энергии тратится на прокаливание смеси известняка и глин, в результате чего получается так называемый клинкер, который затем перемалывают и перерабатывают в цемент. При этом на каждую тонну готового цемента вырабатывается несколько тонн углекислого газа.
Учёные МИСИС в сотрудничестве с ПАО «Северсталь» предложили новый подход к производству бетона, в котором в качестве вяжущих веществ можно использовать доменный шлак терриконов — отходов, остающихся после получения чугуна и стали.
Это позволит более чем в два раза снизить энергоёмкость производства цемента — до 2,3 ГДж на тонну. Снижение энергоёмкости будет способствовать не только сокращению количества выбросов парниковых газов, но сможет решить проблему утилизации отходов.
На данный момент учёные уже провели комплексные исследования, отражающие поведение минеральных вяжущих при введении различного количества доменного шлака. А также оценили морозостойкость, водонепроницаемость и прочностные свойства материалов.
Слив доменного шлака.
«Для определения коррозионных свойств был изготовлен лабораторный стенд, позволяющий моделировать условия нахождения бетонных изделий в морской воде, для проведения ускоренных испытаний, что важно, так как коррозия цементного камня может протекать в течение нескольких лет.
Также у нас есть опытные образцы грунтобетонов, которые были сделаны на причале АО «Межрегионтрубопроводстрой». Это изделия, состоящие из минерального шлакового вяжущего и грунта, взятого непосредственно из реки Северная Двина. Модельные образцы находятся на причале и в зоне переменного уровня воды (при смене времён года образцы находились то над поверхностью воды, то под водой) уже более 2 лет, а их прочность только возрастает.
На момент первых испытаний, которые были проведены спустя 5 месяцев после изготовления образцов, предел прочности на сжатие бетона составлял 10–20 МПа, на данный момент прочность составляет уже 25–30 МПа», — рассказал соавтор исследования, доцент кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС Бекзод Хайдаров.
Как отмечают исследователи, конечной целью проекта является разработка минеральных шлаковых вяжущих и шлаковых бетонов, которые могут быть применены для сооружения портовой и гражданской инфраструктуры в Арктическом регионе. По предварительной оценке, данный материал будет иметь стоимость ниже по сравнению с традиционными вяжущими материалами.
Конечной целью проекта исследователей МИСИС является разработка минеральных шлаковых вяжущих и шлаковых бетонов.
От редакции. В этой новости важна даже не столько её научная составляющая. В конце концов, многие институты бьются над проблемой эффективного использования отходов и предлагают вполне оригинальные решения. Ещё в советское время был популярен лозунг: «Отходы в доходы!».
Гораздо интереснее здесь тот факт, что учёные МИСиС занимались этой разработкой вместе со специалистами «Северстали». Всем известно, что главной ахиллесовой пятой многих научных разработок является их слабая связь с практикой, с реальным производством. Придумать и изобрести-то можно что угодно.
Гораздо сложнее внедрить это изобретение в реальную экономику конкретных предприятий. Практики наверняка найдут у любого изобретения проблемные зоны, или им просто лень будет улучшать то, что в принципе и так работает неплохо.
Здесь, похоже, мы можем увидеть взаимовыгодную интеграцию. Доменный шлак неизбежно образуется на любом производстве чугуна и стали, и металлургам будет только в радость, если эти отходы у них кто-то заберёт на переработку. Осталось дело за малым — заинтересовать российских производителей бетона.
Антон Белов
