Это снизит риск загрязнения почвы и подземных вод и поддержит идею циклической экономики.
Бетон — самый распространённый строительный материал на планете: каждый год в мире используют свыше 25 млрд тонн. Его производство требует огромных объёмов невозобновляемого сырья и даёт около 8 % глобальных выбросов парниковых газов. Поэтому любая технология, которая помогает уменьшить вред от его выпуска, важна.
Учёные из Южной Австралии нашли способ задействовать побочный продукт ещё одного ресурсоёмкого процесса — добычи лития, — чтобы сделать бетон прочнее и долговечнее.
Литий активно используется для производства аккумуляторов — для электроники, беспилотного транспорта и электромобилей. Но его добыча приводит к появлению огромного количества отходов вроде сподуменовой руды.
Так при производстве одной тонны моногидрата гидроксида лития образуется 7–10 тонн побочного продукта — делитиированного β-сподумена (DβS). Его свойства долгое время оставались малоизученными, поэтому материал относили к опасным отходам и утилизировали, что добавляло новые экологические риски к тем, которые и без того сопровождают добычу лития.
Инженеры Университета Флиндерса установили, что DβS обладает пуццоланическими свойствами, то есть он вступает в химические реакции, которые делают бетон прочнее, менее проницаемым и устойчивым к коррозии. Эксперименты показали, что использование DβS как части связующего заметно улучшает механическую прочность и долговечность бетонных смесей.
В эксперименте учёные заменили часть золы-уноса (отходы от сжигания угля) в составе геополимерного вяжущего - это вид цементирующего материала, который используется вместо обычного портландцемента. Когда они заменили 25 % золы-уноса на DβS и подобрали оптимальное соотношение щелочных растворов, прочность бетона выросла на 34 % по сравнению с обычной смесью на одной золе-уносе. Когда исследователи ещё оптимальнее подобрали состав этих растворов, прочность увеличилась уже на 74 %.
Полученные результаты показывают, что использование DβS позволяет получать бетон прочнее того, что делают на основе одной только золы-уноса. Такие свойства достигаются благодаря более плотной и устойчивой внутренней структуре бетона, формирующейся после 28 дней выдержки.
«Поскольку переработка лития увеличивает объёмы DβS, его повторное применение в строительстве может стать устойчивым решением: оно сократит количество промышленных отходов, снизит риск загрязнения почвы и подземных вод и поддержит идею циклической экономики в горнодобывающей и строительной отраслях», — отметил инженер-строитель д-р Алиакбар Голампур, руководивший исследованием, опубликованным в прошлом месяце в журнале Materials and Structures.
Голампур исследует альтернативные бетонные материалы уже не первый год. В 2022 году он руководил работой, в которой показал, что геополимеры, усиленные натуральными волокнами и отходами песка, могут использоваться в современных бетонных смесях и обеспечивать такую же прочность и долговечность, как и у традиционных материалов.
<iframe width="560" height="315" src="https://www.youtube.com/embed/r1rqS6AGKUg?si=RLzQDY0dFStLS0ag" title="YouTube video player" frameborder="0" allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share" referrerpolicy="strict-origin-when-cross-origin" allowfullscreen></iframe>
