В НГУ создали новый экологичный строительный материал
Команда исследователей из НГУ создала новый экологичный строительный материал, который в перспективе может заменить традиционный цемент. Уже готовы первые опытные образцы, в планах — запустить промышленное производство нового материала. Проект под руководством аспиранта Геолого-геофизического факультета (ГГФ) НГУ Степана Денисова «Разработка однокомпонентного вяжущего материала на основе промышленного отхода золошлаков» стал победителем федерального конкурса «Студенческий стартап», объем предоставляемой поддержки на ближайший год составит 1 млн рублей.
Уникальность проекта состоит в том, что новый строительный материал полностью изготавливается из промышленных отходов, а именно золошлаков — это то, что образуется при сжигании твёрдого топлива (угля, торфа, сланцев) на тепловых электростанциях, котельных и других промышленных установках. Таким образом, отходы, которые годами копились на свалках и загрязняли окружающую среду, превращаются в полезный и качественный продукт для строительства.
— Идея проекта родилась на стыке двух больших проблем. Во-первых, это проблема отходов: в России только золошлаковых отходов накоплено около 2 миллиардов тонн, и каждый год их становится на 60 миллионов тонн больше. При этом перерабатывается лишь малая часть — около 15%. Эти отвалы занимают огромные территории. Во-вторых, это проблема экологии цементной промышленности: производство обычного цемента — это очень энергозатратный процесс, на который приходится около 8% всех мировых выбросов CO₂. Наш проект позволяет сразу решать две задачи: перерабатывать отходы и одновременно создавать «зеленую» альтернативу цементу, сокращая углеродный след, — рассказал Степан Денисов.
Работа над проектом началась более года назад и ведется на базе Климатического центра НГУ. Научным руководителем, который отвечает за общее направление разработки и который также вошел в команду стартапа, является Георгий Лазаренко, к.ф.-м.н., директор Климатического центра НГУ. Кроме того, в команде стартапа — магистрант ГГФ Матвей Трутнев, аспирант ГГФ Дмитрий Горяйнов и к.т.н. Яков Ермолов.
На текущий момент разработана лабораторная технология и получены первые опытные образцы материала. Суть технологии заключается в следующем: золошлаки, раздробленные в порошок, смешиваются со специальными активаторами. Далее при смешивании с водой между ними запускается химическая реакция — геополимеризация. В результате получается прочный камень, по свойствам аналогичный цементному, но имеющий свое преимущество.
Уже проведены предварительные испытания образцов, результаты которых показали, что по таким показателям, как прочность, водопоглощение, новый материал полностью соответствует заявленным требованиям.
— По прочности (50 МПа) он не уступает высокомарочным цементам М500, а по морозостойкости может достигать 300 циклов. Кроме того, продукт имеет низкое водопоглощение (менее 5%), в то время как у большинства конкурентов этот показатель колеблется от 5% до 18%. Наряду с этим, он предлагает гибкость в времени схватывания — от 5 минут до 7 часов, покрывая потребности как в быстром ремонте, так и в стандартном строительстве. При этом его себестоимость является одной из самых низких на рынке, конкурируя с обычными портландцементами М300-М400, но предлагая при этом качество и свойства, характерные для значительно более дорогих специализированных материалов, — добавил Степан Денисов.
Аналоги данного материала, представленные на рынке, — это так называемые геополимерные вяжущие материалы, которые производят как в России, так и за рубежом. Однако ключевыми преимуществом материала, разработанного в НГУ, является цена и экологичность, достигаемая за счет использования 100% золы в качестве сырья и полной утилизации отходов.
Разработка найдет применение в разных сферах строительства — везде, где используется цемент, — для стяжки полов, кладки кирпича, штукатурки, изготовления строительных блоков и т.д. Потенциальными потребителями являются как крупные промышленные предприятия, которые решают задачу утилизации отходов, так и строительные компании и частные лица, которые ищут более доступный по цене и экологичный материал.
Средства, которые получит команда в рамках конкурса «Студенческий стартап», будут направлены на проведение дальнейших, более углубленных испытаний образцов по всем строительным стандартам (морозостойкость, коррозионная стойкость и др.), закупку необходимых реактивов и материалов, патентование разработки и изготовление первой партии прототипов в товарной упаковке (мешках по 5, 10 и 25 кг). В перспективе рассматривается возможность запустить промышленное производство строительной смеси и перерабатывать до 100 000 тонн золошлаков в год.
Преимущества и недостатки стеклофибробетона
Стеклофибробетон (СФБ) – экологически чистый, не горючий, антивандальный материал, легкий, но прочный и не требующий ухода, с эксплуатацией не менее 50 лет.
Преимущества
СФБ состоит на 99% из природных компонентов: цемента, кварцевого песка, щелочестойкого стекловолокна и пластификаторов. Путем добавления в состав пигментов и фракций натурального камня, слюд, зеркальной и стеклянной крошки получаются различные фактуры: имитация натурального камня (мрамор, травертин, известняк и др), имитация дерева, гладкий, рельефный, объемный, перфорированный рисунок по чертежам заказчика, фактура с кавернами, "короед", интеграция СФБ с клинкером.
Имитация натурального камня на фасаде пользуется наибольшей популярностью так как позволяет уменьшить смету и время производства минимум в 5 раз, а также снизить риск брака при изготовлении сложных по форме фасадных изделий и их перевозке.
Благодаря армирующему щелочестойкому стекловолокну в составе, изделия имеют более высокую прочность и антивандальность например в сравнении с клинкером. При этом фибра не добавляет избыточного веса, что снижает нагрузку на подсистему и как следствие на фасад здания.
Похожие характеристики у фиброцементных плит, но в отличие от них СФБ не ограничен плоской геометрией, т.е лепнина, радиусные карнизы из фиброцемента не получатся. Также, срок эксплуатации у СФБ не 20, а минимум 50 лет. Объясняется это технологией изготовления фасадного декора. Методом пневмонабрызга позволяет равномерно распределять фибру по всей форме. В результате поверхность не царапается, не скалывается и не хрупкая при перевозке.
Стеклофибробетон не горюч и устойчив к резким перепадам температур, что очень актуально в нашей стране, особенно в районах севера и в Сибири. Даже если пожар все-таки случился СФБ не выделяет токсичных и ядовитых веществ как пенополистерол, полиуретан или полимербетон. Это подтверждено сертификатами и лабораторными испытаниями.
Своей антивандальностью и долговечностью СФБ востребован при строительстве гос объектов. Особенно привлекательно для заказчика что за ним не надо так тщательно ухаживать как за камнем, например.
Недостатки
Стеклофибробетон не самый легкий материал, что влияет на цену при монтаже и перевозке. Тут преимущество на стороне стеклопластика, или как его еще называют стеклокомпозит. Изделия из него тоньше и легче примерно в 3-5 раз. Но сам материал дороже и ограничен по фактурам в отличие от стеклофибробетона.
Старые кровли в деле: завод ТЕХНОНИКОЛЬ в Ульяновской области начал применять переработанную кровлю
В рамках развития экологических инициатив в июле 2022 года завод ТЕХНОНИКОЛЬ в Ульяновской области запустил пилотный проект по использованию битумного порошка, полученного в результате переработки старых кровель. После завершения пробного периода программа признана успешной и заработала на постоянной основе. Предполагается, что к концу 2022 года завод использует около 15 тонн порошка, а в следующем году его объем достигнет 100 тонн.
«У нашего предприятия большой опыт применения вторичных ресурсов. Гранулы, полученные после дробления шин, активно используются в составе битумно-полимерных смесей, — рассказывает Дмитрий Миронов, исполнительный директор «Завода ТЕХНОНИКОЛЬ-Ульяновск». — Крошку, полученную от старых кровель, мы испытали только этим летом, но результаты оказались позитивными, поэтому инициатива получила продолжение».
Технологи научного центра направления «Битумные материалы и гранулы» ТЕХНОНИКОЛЬ разработали рецептуру, а после внимательно изучили свойства материалов, произведенных с применением битумного порошка. Исследования показали, что вторичное сырье позволяет сэкономить природные ресурсы, сохранив при этом эксплуатационные характеристики готовой продукции на первоначально высоком уровне.
Весь процесс сбора отслуживших битумных кровель, включая картонно-рубероидные, их переработку в порошок берут на себя компании-переработчики. На завод ТЕХНОНИКОЛЬ сырье поступает в виде порошка и проходит строгий входной контроль качества на предмет наличия включений посторонних предметов, а уже после поступает на линию.
«Использование битумного порошка — это исключительно экологический проект. Отходы сноса не должны наполнять свалки. Если они могут вместо вреда приносить пользу, нужно дать им этот шанс. Несмотря на то что использование порошка несет для нас определенные риски (малейшие примеси в порошке, посторонние элементы способны полностью вывести из строя дорогое оборудование по производству битумных материалов), мы идем на них с одной лишь целью: защитить наши города от строительных свалок», — комментирует Дмитрий Миронов.
В настоящее время в России производством битумного порошка из старых кровель занимаются только три предприятия.
«Федеральный проект «Экономика замкнутого цикла» предполагает, что к 2030 году вторичное использование стройматериалов достигнет 40 % от объема таких отходов. Мы рассчитываем, что в рамках реализации экологической программы практика вторичного использования отслужившей битумной гидроизоляции будет расти, а значит, увеличится количество переработчиков и предприятий, готовых использовать вторсырье», — резюмирует Дмитрий Миронов.