Ученые НИТУ МИСИС представили новый подход к производству бетона — в качестве основных веществ использовать отходы, образующиеся на различных этапах металлургического производства. Разработка исследователей позволит более чем в два раза снизить энергоемкость производства измельчённых минеральных порошков, используемых для изготовления бетона, — минеральных вяжущих. Новая технология подойдет 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 определенной 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.
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.
Ученые Университета 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 энергоемкость производства цемента — до 2,3 ГДж на тонну. Снижение энергоемкости будет способствовать не только сокращению количества выбросов парниковых газов, но сможет решить проблему утилизации отходов.
На данный момент ученые уже провели комплексные исследования, отражающие поведение минеральных вяжущих при введении различного количества доменного шлака. А также оценили морозостойкость, водонепроницаемость и прочностные свойства материалов.
«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 течении 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 времен 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 уже25-30 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.
