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.
Дать вторую жизнь
Процесс внедрения масштабной и максимально возможной переработки строительных отходов в стране пока замедляется недостаточным уровнем господдержки, отсутствием эффективно работающих законодательных механизмов и стандартов.
В России ежегодно образуется более 80 млн тонн строительных отходов. При этом только четверть от этого объема отправляется на переработку и производство вторичных стройматериалов.
По мнению экспертов, тормозит процесс внедрения масштабной и максимально возможной переработки строительных отходов множество факторов. В том числе слабая господдержка таких проектов на местах, нехватка федеральных норм и отраслевых стандартов, которые могли бы регулировать и стимулировать данный формат утилизации таких отходов. Для реформирования сферы обращения со строительными отходами Правительство РФ приняло программу «Применение вторичных ресурсов, вторичного сырья из отходов в сфере строительства и жилищно-коммунального хозяйства на 2022–2030 годы». Но в целом пока в настоящее время обращение со строительными отходами регулируется субъектами Федерации. В силу различных причин большинству регионов страны решить «мусорную» проблему достаточно сложно.
Региональный фактор
Во – первых, считает заместитель генерального директора ГК «Арасар» Антон Тарасов, как и для всей нашей страны, необходимо разделить Москву с Московской областью и все остальные регионы. И если в этих двух регионах ситуация с переработкой и последующим вовлечением строительных отходов уже весьма на высоком уровне и приближается к самым высоким стандартам, то в других регионах все намного печальнее, хотя государство и явственно показывает, что заинтересовано в экологичном тренде.
«Поэтому в целом ситуацию можно оценивать сдержанно и оптимистично. Ситуация в Петербурге и ЛО не сильно отличается от остальных регионов и очень отстает от Москвы, к сожалению. У нас все еще много компаний, которые занимаются демонтажом и безответственно относятся к экологии, бережливому производству и устойчивому развитию», – добавил он.
Схожие выводы делают и другие эксперты. «В настоящее время в России ситуация с утилизацией строительных отходов очень острая. Предприятий, имеющих лицензию на утилизацию строительных отходов, недостаточно, в итоге они не справляются с тем объемом, который необходим для строительной индустрии. В ряде регионов РФ проще вывезти отходы на размещение (на свалку) и заплатить плату за негативное воздействие, чем на утилизацию, так как стоимость за утилизацию очень высока», – отмечает главный эколог ООО «ГЕОИЗОЛ» Татьяна Шевченко.
Размещение и утилизация строительных отходов производятся на лицензированных полигонах, напоминает генеральный директор ГК «ПРАЙД» Антон Шевченко. Практически в каждом городе России есть по несколько полигонов.
Что касается нашего региона, то почти все полигоны расположены на территории Ленинградской области, на территории Санкт-Петербурга полигонов нет. Большинство полигонов практически исчерпали свои мощности и нуждаются в рекультивации.
Также на территории Санкт-Петербурга и ЛО есть лицензированные предприятия по утилизации строительных отходов. Но мощности действующих компаний для переработки образующегося строительного мусора, конечно, недостаточно. Однако компании готовы наращивать свои производственные потенциалы, если им будет обеспечен сбыт полученной продукции. При поддержке государства и региональных властей, – уверен он, – проблема может быть решена эффективно и в короткие сроки».
Между тем у почти образцовой и показательной Москвы и Московской области есть свои сложности с утилизацией строительных отходов. По словам коммерческого директора KSD Group Андрея Сарина, их собственный полигон по переработке отходов расположен в 9 км от МКАД. Он оснащен экологичным оборудованием и полностью соответствует всем стандартам.
«Стратегия на 2024 год – увеличение доли переработанных отходов на нашем полигоне с 95 до 99%. Ввиду нашего расположения заказчик может экономить в два раза свои издержки. Но на данный момент мы сталкиваемся с городскими нормативами на вывоз отходов на расстояние от объекта свыше 50 км. И это является достаточно частым условием для застройщика, что в свою очередь несет за собой повышение стоимости на логистику, транспортные расходы, увеличение сроков и т. д. Мы считаем, что необходимо более индивидуально подходить к вопросам нормативов и учитывать все факторы, такие как соответствие стандартам на перерабатывающих полигонах и возможность работать в рамках экономической целесообразности при соблюдении всех экологических нормативов», – считает Андрей Сарин.
Федеральный аспект
Если говорить о нормативной базе, продолжает тему Татьяна Шевченко, то в настоящее время отдельные законы и подзаконные акты, формулирующие требования по обращению со строительными отходами, отсутствуют. Есть ряд статей в федеральных законах, в которых отражены требования в области охраны окружающей среды при архитектурно-строительном проектировании, строительстве, реконструкции, капитальном ремонте объектов капитального строительства. Также в Федеральном классификационном каталоге отходов (Приказ Росприроднадзора от 22.05.2017 № 242 «Об утверждении Федерального классификационного каталога отходов») глава 8 посвящена отходам строительства и ремонта. Чтобы повысить долю переработки строительных отходов, отмечает эксперт, нужно разработать методы переработки для каждого вида отхода и получения из него продукции.
По словам управляющего партнера ГК «ПРАЙД» Алексея Шевченко, обращение со строительными отходами до сих пор почти не регламентируется законодательством, а его оборот остается теневым. В настоящее время отсутствует определение понятия «отходы строительства и сноса» в федеральном законодательстве: «Необходимо разработать электронный контроль за всеми этапами обращения со строительными отходами (на примере Московского региона), что позволило бы навести порядок в обращении с ними и ликвидировать несанкционированные свалки. Одновременно эти меры позволили бы увеличить степень переработки отходов строительства и сноса с получением вторичной продукции и прекратить размещение таких отходов на полигонах. В связи с тем что субъекты Российской Федерации не имеют права вносить собственные инициативы по обращению с отходами, то распространение положительного опыта Московского региона в области обращения со строительными отходами по всей стране как начального этапа перехода к экономике замкнутого цикла на данный момент не представляется возможным. Для решения этой проблемы Минприроды разработало законопроект, который наделяет регионы компетенцией по сбору, вывозу и утилизации отходов строительства, ремонта и благоустройства».
Для того чтобы повысить долю переработки строительных отходов, добавляет Алексей Шевченко, необходимо применять рециклинг строительных отходов, который экономически выгоден и позволяет перерабатывать мусор и вторично запускать его в производственный цикл. Вторичные стройматериалы, полученные в результате рециклинга, можно ввести в гражданский оборот, использовать в собственных проектах, что позволяет уменьшить их себестоимость, снизить экологическую нагрузку на окружающую среду, значительно уменьшая количество не перерабатываемых отходов.
Тема законодательного регулирования утилизации строительных отходов, отмечает Антон Тарасов, поднималась на 4-м Российском Демонтажном Форуме (РДФ), прошедшем в ноябре в Москве. Специалистам он советует посмотреть материалы данного мероприятия. Вопросам утилизации строительных отходов было уделено большое внимание, тем более что на форуме присутствовали представители Министерства строительства и Министерства экологии.
«В целом повышать долю переработки строительных отходов не только можно, но и нужно. ГК «Арасар» уделяет этому вопросу большое внимание, и на своих объектах мы стараемся минимизировать процент строительного мусора, который утилизируется. В некоторых случаях процент переработанных строительных отходов достигает у нас 97%. В принципе при наличии желания и ответственности все, что необходимо компании, – это вложиться в специализированное оборудование, например дробильно-сортировочные комплексы для переработки железобетона или шредеры для переработки древесины. Мы уже это сделали и продолжаем вкладываться в технику и оборудование, поэтому любой заказчик, обращающийся к нам, может быть уверен в ответственном отношении к экологии и окружающей природе», – резюмирует Антон Тарасов.
Исследования доказали: потенциальный срок службы материала LOGICBASE V-SL составляет не менее 150 лет
Эксперты ТЕХНОНИКОЛЬ совместно со специалистами АО «ЦНИИПромзданий» провели исследования по определению химической стойкости ПВХ-мембран LOGICBASE V-SL и V-ST. Они подтвердили высокую устойчивость полимерных мембран к химически агрессивным средам.
Без устройства систем подземной гидроизоляции бетонным и железобетонным конструкциям угрожают различные виды химической и биологической коррозии. На них воздействуют химические вещества, содержащиеся в подземных водах и почве – например, хлориды, встречающиеся практически во всех типах грунтовых вод. Поэтому ПВХ-мембраны, применяемые в качестве гидроизоляционного слоя для защиты бетонных и железобетонных конструкций, должны обладать высокой химической устойчивостью.
Одними из главных показателей физико-механических характеристик полимерных мембран на основе ПВХ являются их прочность на одноосное растяжение в продольном/поперечном направлении и прочность на многоосное растяжение. Однако из-за воздействия химических веществ в подземных водах и почве деформативно-прочностные свойства материалов со временем могут измениться.
Эксперты ТЕХНОНИКОЛЬ совместно со специалистами АО «ЦНИИПромзданий» провели исследование по определению химической стойкости ПВХ-мембран LOGICBASE V-SL и V-ST для прогнозирования изменения их потенциального срока службы на реальных объектах.
Для испытания гидроизоляционного материала на деформативно-прочностные свойства по ГОСТ 31899-2 (прочность при растяжении и относительное удлинение) и ГОСТ 2678 (изменение массы, гибкости и водонепроницаемости) были подготовлены контрольные образцы-лопатки. Испытательные образцы из полимерных мембран погружали в растворы агрессивных химических веществ сроком на 30÷120 суток.
Выдерживание образцов в химических средах было выполнено в соответствии с методикой ГОСТ Р 56910 с небольшим изменением. Если по его «классическим» требованиям гидроизоляционные материалы полностью погружаются в химическую среду, то в процессе проводимых исследований испытательной жидкостью воздействовали только на одну сторону покрытия. Именно такое воздействие происходит в естественных условиях эксплуатации гидроизоляционных материалов при защите ими подземных конструкций зданий и сооружений.
В рамках испытаний использовались следующие химические среды: гидрокарбонат натрия NaHCO3 (3%-ый раствор), гидроксид натрия NaOH (1%-ый раствор), насыщенные растворы гидроксида кальция Ca(OH)2 и хлорида натрия NaCl, сернистая кислота H2SO3 (6%-ый раствор), серная кислота H2SO4 (0,5%-ый раствор). Отдельно стоит отметить новизну подхода: в ходе исследования учитывались практически все наиболее распространенные химические вещества, встречающиеся в подземных водах. Кроме того, были включены и соединения, воздействующие на ПВХ-мембрану при ее контакте с бетоном – например, щелочной компонент Са(ОН)2.
После воздействия испытательными жидкостями производился контроль изменения физико-механических характеристик материала (прочности на растяжение, относительного удлинения, потери массы и т.д.).
Исследования наглядно демонстрируют высокую химическую стойкость полимерных мембран LOGICBASE одновременно с сохранением их высокой прочности на разрыв.
Потенциальный срок службы рулонного гидроизоляционного материала LOGICBASE V-SL определен (оценен) расчётами и составляет не менее 150 лет, а материала LOGICBASE V-ST – не менее 100 лет, что значительно выше, чем у традиционных гидроизоляционных материалов. Подобные показатели позволяют применять эти материалы для гидроизоляции подземных частей зданий и сооружений, в том числе зданий и сооружений повышенного уровня ответственности – высотных объектов, объектов атомной энергетики или при строительстве тоннелей.