Геополимерный бетон- будущее дорожного строительства

5 minutes read

Изобретение цементного бетона стало революционным открытием. Этот новый материал серого цвета был настолько изумителен при использовании его в конструкциях с большой нагрузкой на разрыв, он быстро твердел, у него были замечательные характеристики, его не надо было обслуживать.

Скоро каждая дорога, здания, мосты и плотины были построены с применением бетона. Использование камней и дерева резко сократилось, и бетон стал самым популярным материалом в истории строительства.

Бетон остается востребованным и сегодня в современном мире «умных» городов. Но по мере того, как мир меняется, мы начинаем понимать, что некоторые изобретения прошлого вредны для окружающей среды, и потому ищем им замену.

Так была найдена более безопасная замена обычному бетону. Сегодня как мы видим, геополимерный бетон также имеющий название «зеленый» бетон стал очень модным и повсеместно используется в «умных» конструкциях городов будущего. Насколько он лучше? Давайте выясним это!

В 2019 году городской совет Сиднея (Австралия) в партнерстве с Университетом Нового Южного Уэльса заменил часть проезжей части города «зеленым» бетоном. Эта замена была сделана с целью проверки жизнеспособности нового материала при строительстве дорог.

продается место под размещение рекламы

Аналогичный проект «пластиковая дорога» одновременно был реализован в Тасмании, островном штате Австралии, где при изготовлении дорожного покрытия использовали отходы свалки и использованные пластмассы.

Однако, с точки зрения создания материалов, новый проект несколько иной. Сиднейский опыт показал, что первый в мире «зеленый» бетонный дорожный материал может создаваться из переработанных промышленных отходов угольных электростанций и сталелитейной промышленности.

Согласно данным университета Нового Южного Уэльса, при производстве «зеленого» бетона, который является геополимерным бетоном, выделяется только 300 кг CO² на тонну цемента, в отличие от обычного бетона, который генерирует 900 кг выбросов углерода. Почему это происходит? Потому что он состоит из смеси бетона и переработанных материалов.

Расчетная экономия эквивалентна потреблению электроэнергии средним домохозяйством за две недели.

На улице ведущей к аэропорту Сиднея в ходе нового проекта пройдут испытания стойкости геополимерного бетона. Девять датчиков установлены для контроля работы бетона и сравнения результатов. Исследователи университета планируют следить за ходом дорожного движения и нагрузкой дорожного покрытия в течение пяти лет. В дальнейшем результаты испытаний будут использоваться Университетом Нового Южного Уэльса и кооперативным исследовательским центром по низкоуглеродной промышленности для разработки первого сборника отраслевых инструкций по применению геополимерного бетона.

Хотя исследования геополимерного бетона начались в 1990-х годах, его применение как экологически чистого продукта в коммерческом строительстве до сих пор не изучалось.

Низкоуглеродистый бетон дает возможность утилизировать 400 миллионов кубических тонн отходов угольной и металлургической промышленности. И что еще важно, используются отходы производства, которое больше всех в мире делает выбросы углерода.

Мэр Сиднея Кловер Мур гордится тем, что ее город стал первым углеродно-нейтральным в Австралии, власти столицы регулярно добиваются успехов в сокращении углеродного следа.

По ее мнению, подобные проекты могут привести к появлению новых строительных материалов, которые помогут сократить выбросы углерода.

Местные органы власти играют большую роль в поддержании местных дорог, и поскольку для развития инфраструктуры города используются все более экологически чистые материалы, то можно говорить о весомом вкладе мэрии Сиднея в борьбу с изменением климата.

Является ли геополимерный бетон идеальным материалом для дорожного строительства?

В обычном бетоне портландцемент является основным ингредиентом, использующимся в качестве связующего. Это самый популярный искусственный материал, который производится сейчас. В настоящее время его производство составляет более 2,6 млрд. тонн в год, и это число растет на 5% ежегодно.

Поэтому, в поиске менее вредных для окружающей среды компонентов бетона и цемента ученые фокусируются использовании отходов угольных электростанций.

В состав геополимерного бетона входит зола, как альтернатива портландцементу. Угольная зола — это самые доступные и распространенные промышленные отходы в мире. В то же время использование золы придает бетону прочность. В качестве наполнителя в бетон можно также добавлять рисовую шелуху.

Благодаря таким ингредиентам, геополимерный бетон имеет потенциальные преимущества, включая сокращение выбросов углерода, сокращение сброса сточных вод и экономию потребления электроэнергии.

Бетон нового века лучше применять при строительстве дорожной инфраструктуры, которая в результате не потеряет свои свойства на протяжении веков. А использование золоотвалов поможет в сохранении земель, которые в настоящее время используются для утилизации продуктов сгорания угля. Таким образом, можно предотвратить попадание мелкой угольной пыли и золы в водные ресурсы и их загрязнение.

Если сравнивать портландцемент и геополимерный бетон, то последний более устойчив к коррозии, огню и кислоте. Другие преимущества включают в себя более высокую прочность на сжатие и растяжение, быстрое достижение твердости и сохранение размеров после сушки.

Исследователи считают, что самое большое преимущество геополимерного бетона заключается в его потенциале сокращения выбросов парниковых газов в течение всего жизненного цикла, до 90% по сравнению с портландцементом. Применение полимерного бетона сокращает выбросы углекислого газа в атмосферу и, следовательно, может иметь широкое распространение поскольку наносит меньший вред окружающей среде.

Необходимо учитывать и более низкую себестоимость геополимерного бетона

Стоимость одной тонны золы составляет лишь малую часть стоимости одной тонны цемента. Стоимость нового бетона примерно на 10% — 20% дешевле, чем цементного бетона.

Вы будете удивлены узнав, что геополимерный бетон, который мы называем новым или инновационным бетоном, не является чем-то новым для человечества.

Его применяли еще во время строительства египетских пирамид тысячи лет назад. Однако интерес к этому материалу возник у исследователей только в последнее время.

Термин «Геополимер» был придуман профессором Я. Давыдовиц в 1978 году. Он открыл явление процесса полимеризации в результате быстрой химической реакции в щелочной среде.

Исследования показывают, что благодаря отличным свойствам геополимерного бетона, он может оказаться очень полезным строительным материалом, особенно для ремонтно-восстановительных работ. Его также предлагается использовать при строительстве дорог, поскольку он быстро набирает твердость.

«Зеленый» бетон уже проходит испытания на одной из дорог Австралии, и вскоре он продемонстрирует свою практичность с точки зрения его свойств: производительности, долговечности и стоимости.

Геополимерный бетон — это инновационный строительный материал, который рассматривается как экологически чистая альтернатива традиционному портландцементу. В отличие от портландцемента, производство которого связано с высокими выбросами CO2, геополимерный бетон производится с использованием промышленных отходов или природных минералов, что снижает его углеродный след.

Состав и производство:

Геополимерный бетон получают путем активации алюмосиликатных материалов щелочным раствором. Основные компоненты включают:

Алюмосиликатный источник: Это может быть метакаолин (термически обработанная глина), летучая зола (побочный продукт сжигания угля), доменный шлак (побочный продукт производства чугуна) или другие промышленные отходы, богатые кремнием и алюминием. Также могут использоваться природные материалы, такие как вулканический пепел.
Щелочной активатор: Обычно это смесь гидроксида натрия или калия с силикатом натрия или калия. Активатор растворяет алюмосиликатный материал, запуская геополимеризационную реакцию.
Заполнитель: Как и в традиционном бетоне, в геополимерном бетоне используются заполнители, такие как песок, гравий или щебень, для обеспечения прочности и уменьшения усадки.
Вода: Вода необходима для гидратации и формирования геополимерной матрицы.

Процесс производства геополимерного бетона относительно прост и может быть адаптирован к различным условиям. Алюмосиликатный материал смешивается с заполнителем, затем добавляется щелочной активатор и вода. Смесь тщательно перемешивается и укладывается в формы как обычный бетон. Геополимеризация — экзотермическая реакция, поэтому бетон нагревается во время твердения.

Свойства:

Геополимерный бетон обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционным бетоном:

Высокая прочность: Геополимерный бетон может достигать очень высокой прочности, превосходящей прочность портландцемента.
Быстрое твердение: Геополимеризация происходит быстрее, чем гидратация портландцемента, что ускоряет строительный процесс.
Высокая температуростойкость: Геополимерный бетон способен выдерживать более высокие температуры, чем традиционный бетон.
Химическая стойкость: Геополимерный бетон устойчив к воздействию кислот, щелочей и других агрессивных веществ.
Низкая проницаемость: Геополимерный бетон менее проницаем для воды и других жидкостей, чем традиционный бетон.
Экологичность: Производство геополимерного бетона связано с меньшими выбросами CO2 и позволяет утилизировать промышленные отходы.

Недостатки:

Стоимость: Стоимость геополимерного бетона может быть выше, чем стоимость традиционного бетона, в зависимости от используемых материалов.
Долговечность: Долгосрочная долговечность геополимерного бетона все ещё изучается.
Усадка: Геополимерный бетон может давать большую усадку, чем традиционный бетон.

Применение:

Геополимерный бетон может использоваться в различных областях строительства:

Производство строительных блоков и панелей.
Дорожное строительство.
Возведение зданий и сооружений.
Ремонт и реставрация бетонных конструкций.

Геополимерный бетон — перспективный материал, который может сыграть важную роль в создании более устойчивого и экологичного строительства. По мере развития технологий и снижения стоимости его применение, вероятно, будет расширяться.