Главный враг легкого и теплого гипсокерамзитобетона – вода. При намокании материал теряет более 60% прочности, что ограничивает его применение в ванных, подвалах или фасадах. Существующие способы защиты либо сложны в использовании, либо нивелируют экологичность материала. Ученые решили эту проблему, применив отходы, которые десятилетиями скапливаются рядом со старыми шахтами. На территории России насчитывается не менее 2000 таких терриконов общим объемом около 3,3 млрд м³, отравляющих почву и грунтовые воды токсичными солями.
Ученые собрали образцы горелых пород, высушили их и размололи в шаровых мельницах до состояния пыли. В ходе многофакторного эксперимента было протестировано 16 рецептур, варьировались доли гипса, пластификатора и самого техногенного наполнителя. Для поиска оптимального баланса данные загружались в компьютерную программу, которая рассчитала идеальную формулу.
Микроструктура образца модифицированного гипсокерамзитобетона
Фотография предоставлена ПНИПУ
«После анализа массива данных со всех экспериментов вычислительная модель определила, что пик водостойкости достигается при соотношении компонентов: 400 кг обычного гипса, 200 – высокопрочного, 125 – горелой породы и 2,4 кг пластификатора на кубометр», – объяснил Виталий Шаманов, декан строительного факультета ПНИПУ, кандидат технических наук.
Примечательно, что ключевой эффект ученые получили не за счет химии, а благодаря физике. Исследовав структуру материала под электронным микроскопом, они выяснили, что частицы породы не вступили в реакцию с гипсом, но равномерно заполнили все пустоты, создав эффект сверхплотного наполнителя.
"Оказалось, что горелые породы не вступили в ожидаемую химическую реакцию с гипсом. Вместо этого их мельчайшие частицы равномерно заполнили всё пространство в структуре гипсобетона, выполняя роль наполнителя. Это физическое уплотнение и стало основной причиной того, что материал стал более водостойким", – рассказал Федор Капустин, доктор технических наук, профессор УрФУ.
Внешний вид образцов-кубов контрольного состава
Фотография предоставлена ПНИПУ
В отличие от сложных гипсоцементных композитов, новая разработка полностью сохраняет низкий углеродный след и не требует сложной обработки готовых изделий – модификатор просто добавляется на этапе замеса. Авторы проекта считают, что полученный материал в будущем сможет постепенно замещать более дорогие аналоги в производстве внутренних перегородок, декоративных элементов и теплоизоляционных плит, одновременно решая многолетнюю экологическую проблему старых угледобывающих территорий.
