«Повышенная долговечность». Крымские строительные материалы из шлаков
Учёные КФУ разработали прочные и долговечные строительные изделия на основе шлаков металлургических предприятий и техногенного углекислого газа. Об этом заявил проректор по научной деятельности, профессор кафедры строительного инжиниринга и материаловедения Института «Академия строительства и архитектуры» КФУ Николай Любомирский.
«Цель нашего проекта – это разработка технологий получения строительных материалов из отходов металлургических производств, главным компонентом которых являлся бы углекислый газ антропогенного происхождения, то есть тот газ, который мы выбрасываем в атмосферу, тем самым её засоряя. На первом этапе мы исследовали сами шлаки.
В Российской Федерации количество накопившихся твёрдых шлаков превышает 500 млн тонн. Это – и шлаки доменного производства, и шлаки сталеплавильных производств, и ферросплавные шлаки, и шлаки цветных металлов и т.д. Все они требуют переработки, поскольку занимают и засоряют большие территории земельных участков», – рассказал Николай Любомирский.
В рамках проекта специалисты вуза исследовали 12 проб шлаков, взятых с пяти предприятий Центрального и Северо-Западного федеральных округов. В результате учёные определили оптимальное сырьё, разработали технологические параметры его переработки и технологию производства строительных материалов.
«В итоге мы получили тротуарную плитку, в которой нет ни грамма специально произведённого сырья, то есть, нет цемента, нет каких-либо других вяжущих материалов. Она на 100 % состоит из отходов: шлаков и углекислого газа. Прочность плитки достигает тысячи килограммов на квадратный сантиметр.
Для цементобетонов это – практически запредельное значение. Ещё мы разработали кирпич, который по своим свойствам схож с клинкерным кирпичом – наиболее прочным кирпичом из всех известных. Для получения кирпичей были использованы также отходы Крымского содового завода. Такие уникальные свойства достигаются за счёт искусственной карбонизации.
Вследствие того, что шлаки образуются при очень высоких температурах, в их составе синтезируется ряд минералов, способных вступать в химическую реакцию с углекислым газом, образуя прочные и водонерастворимые соединения.
Наша задача как учёных состояла в том, чтобы разработать оптимальные технологические условия для повышения реакционной способности этих минералов и сделать их доступными для реакции карбонизации. В связи с тем, что в материале образуется, главным образом, кальцит, который в процессе его образования проявляет вяжущие свойства, то есть связывает между собой частички материала в единый прочный конгломерат, мы его называем «кальцитным цементом». Получаемые таким образом изделия мы относим к классу высокопрочных», – отметил Николай Любомирский.
По его словам, кроме прочности, полученные изделия обладают повышенной долговечностью, а их гарантированная морозостойкость составляет 200 циклов замораживания и оттаивания. Несмотря на то, что в составе изделий образуется кальцит, они устойчивы к кислотам и температурным перепадам. При этом себестоимость данных изделий в разы ниже, чем материалов на основе цемента, за счёт низкой стоимости шлака как производственного отхода.
Кроме того, в рамках проекта по разработанным специалистами Крымского федерального университета технологическим параметрам производства строительных изделий принудительного карбонатного твердения была разработана конструкция карбонизационной камеры, которая сейчас проходит этап патентования.
«Таких камер на сегодняшний день ещё никто не выпускает и не использует. В карбонизационной камере создаются оптимальные условия для твердения предварительно сформованных строительных изделий. Процесс твердения происходит достаточно быстро. Всего за четыре часа мы получаем абсолютно готовое изделие, которое можно применять в дело», – подчеркнул Николай Любомирский.
По его словам, следующим шагом станет изготовление заводской камеры для отработки процесса производства изделий уже не в лабораторных, а в промышленных условиях.