Добавку для производства кирпича из осадка водопроводных очистных сооружений создали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ). Так они смогли вдвое повысить пластичность глины и улучшить качество готовых изделий, сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.
«Ученые Пермского политеха разработали состав керамической смеси для производства кирпича, в котором отходы водоподготовки заменяют дорогие импортные пластификаторы. В результате пластичность глины выросла на 50%, а качество готовых изделий — на 10% по сравнению с традиционными решениями», — рассказали в министерстве.
По словам ученых, после очистки воды на станциях водоподготовки остается обезвоженный осадок (кек) и отработанный активированный уголь, который скапливается при замене фильтров. Эти материалы содержат остатки алюминия, хлора и тяжелых металлов, которые под воздействием осадков постепенно вымываются, попадая в почву и грунтовые воды. При этом масштабной системы переработки этих отходов в России пока нет. Перспективным направлением считается использование этих отходов в производстве стройматериалов, а именно кирпича. Поскольку в большинстве регионов России местные глины имеют низкую пластичность, готовый кирпич получается рыхлым, быстро впитывает влагу и хуже сохраняет тепло. Поэтому кирпичным заводам приходится закупать импортные пластификаторы или завозить высокопластичную глину из других регионов.
Так, ученые ПНИПУ предложили использовать в качестве альтернативы кек и отработанный активированный уголь, которые в больших объемах накапливаются на водоочистных станциях. Как выяснили исследователи, кек на 39% состоит из алюминиевой слюды, на 24% из кварца и на 21% из гетита (железистого минерала). То есть по своей природе он родственен глине. Это означает, что отходы могут не только не навредить, но и хорошо совместиться с основным сырьем.
Уникальность новой керамической смеси
Чтобы найти идеальное соотношение обезвоженного осадка, угля и глины, исследователи приготовили несколько вариантов смесей с разным содержанием отходов. Каждую обжигали при разных температурах — 950, 1 000 и 1 050 градусов. Именно при таких температурах работает большинство кирпичных заводов. После этого проверили, как ведет себя материал: насколько он пластичный, не трескается ли при сушке, как меняется в размерах, сколько воды впитывает. Затем ученые построили математические модели, которые показали, как свойства материала зависят от количества отходов и температуры обжига. Анализ этих моделей позволил определить оптимальное сочетание компонентов, при котором пластичность глины достигает максимума, а усадка и риск трещин — минимума.
«Результаты показали, что при добавлении 12-16% обезвоженного осадка пластичность глины вырастает с 8% до 12% — то есть сама глина становится более податливой на 50% по сравнению с исходным состоянием. Кроме того, снижается воздушная усадка: кирпич меньше сжимается при высыхании, а значит, уменьшается риск появления трещин. Для отработанного угля наилучший результат дает добавление 14-20% от общего объема смеси. При этом использовать оба вида отходов вместе необязательно — каждый из них по отдельности уже улучшает свойства глины», — рассказала старший преподаватель кафедры «Теплогазоснабжение, вентиляция и водоснабжение, водоотведение» ПНИПУ Мария Плетнева.
Также ученые выяснили, что в оптимальных составах водопоглощение составило 14-18% — это норма для обычной керамической продукции с добавками. Доля воздушных пустот достигла 30-35%, а плотность снизилась: кирпич стал заметно легче. «Это уменьшает нагрузку на фундамент, делает перевозку дешевле, а кладку — проще. К тому же, благодаря пористой структуре, стены из такого материала лучше сохраняют тепло», — отметили в университете.
Как пояснил декан строительного факультета ПНИПУ, кандидат технических наук Виталий Шаманов, в сравнении с существующими методами новая разработка дает комплексное преимущество: обезвоженный осадок и отработанный уголь — это отходы, которые не требуют импорта и достаются производителям практически бесплатно. «Добавки просто вводятся в смесь на этапе замеса, внедрение не потребует остановки производства или закупки нового оборудования. При этом качество готовых изделий выросло на 10% по сравнению с традиционными решениями», — добавил Шаманов.
Исследование пермских ученых было выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030″.
Источник: https://tass.ru/… фото: https://ru.freepik.com/…
