Участник проекта Андрей Алексеев за работой. Автор: Ольга Голубева / из личного архива
Форма строительного материала оказалась не менее важной, чем его химический состав. Исследователи из Санкт-Петербурга показали, что геополимер — перспективную экологичную замену традиционному бетону — можно сделать примерно в полтора раза прочнее, если использовать сырье с частицами трубчатой формы. Результаты работы опубликованы в журнале Ceramics International.
Когда решает не химия, а геометрия
Бетон остается главным строительным материалом в мире, однако производство цемента сопровождается огромными выбросами углекислого газа. По разным оценкам, на цементную промышленность приходится от 5 до 8% мировых техногенных выбросов CO₂. Именно поэтому ученые активно ищут более экологичные альтернативы. Одной из самых перспективных считаются геополимеры — материалы на основе алюмосиликатного сырья, которое активируют специальными щелочными растворами.
Влияние морфологии частиц на кинетику затвердевания геополимеров.Специалисты Института химии силикатов имени Гребенщикова — филиала НИЦ «Курчатовский институт» исследовали, как форма исходных частиц влияет на образование геополимерной структуры. Для экспериментов использовали три типа частиц размером от 0,1 до 17 микрометров: сферические, пластинчатые и трубчатые. После нагрева до 750°C материалы смешивали со щелочным активатором, запускающим процесс полимеризации.
Трубки оказались крепче шаров
Самый впечатляющий результат показали именно трубчатые частицы. Раствор на их основе превращался в плотный гель всего за 40 минут. Для сравнения: материал со сферическими частицами затвердевал около 110 минут, а с пластинчатыми — примерно два часа.
Но главное — прочность. Геополимер с трубчатой структурой выдержал нагрузку до 85 мегапаскалей, что примерно в полтора раза превышает показатели наиболее распространенного строительного бетона. Образцы с пластинчатыми частицами выдерживали 56 мегапаскалей, а со сферическими — 47 мегапаскалей. По мнению авторов, трубчатые частицы формируют более упорядоченную внутреннюю структуру, благодаря чему материал эффективнее сопротивляется разрушению.
Ольга Голубева с коллегами Андреем Алексеевым и Еленой Бразовской на XXII Менделеевском конгрессе.Полученные данные позволяют управлять скоростью твердения и механическими свойствами геополимеров, подбирая материал под конкретные строительные задачи, включая работу в суровых климатических условиях Арктики.
В дальнейшем исследователи намерены применять подобные материалы не только в строительстве. Среди перспективных направлений — создание долговечных матриц для безопасной изоляции радиоактивных отходов, а также разработка высокопрочных геополимерных изделий, пригодных для 3D-печати. При этом использовать планируется отечественное алюмосиликатное сырье.
Мы будем работать над технологией получения геополимерных изделий с высокой прочностью и химической устойчивостью с использованием 3D-печати.Ольга Голубева
Ранее ученые уже установили, что остаточные нанотрубки внутри геополимеров работают подобно микроарматуре, дополнительно усиливая строительный материал.
Визуализация тубулярной наноструктуры — топологической формы частиц в виде полого наностержня.По данным Hi-Tech Mail, в мире активно развиваются и другие технологии создания экологичного бетона. Например, графеновые добавки позволяют повысить прочность строительных смесей и одновременно уменьшить их углеродный след, что особенно важно для технологий строительной 3D-печати.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
