Производство портландцемента дает 7–8% мировых антропогенных выбросов CO2, процессы высокотемпературного обжига известняка стабильно являются одним из ключевых источников парниковых газов. В связи с этим российские ученые из Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени Тананаева (Кольский научный центр РАН) предложили альтернативный подход к производству цемента, основанный на промышленных отходах — золошлаках.
Исследование, опубликованное в международном журнале Minerals, показывает, что зола уноса тепловых электростанций и медно-никелевые шлаки цветной металлургии могут быть использованы для получения щелочно-активированных вяжущих материалов. В отличие от традиционного цемента, эти материалы формируются при нормальных температурах без обжига, что резко снижает углеродный след при производстве.
Ученые механически активировали отходы, измельчив их в планетарной мельнице, а затем смешали с щелочным активатором (раствором жидкого стекла). Оптимальное сочетание оказалось при содержании 80 % шлака и 20 % золы уноса: прочность на сжатие такого вяжущего достигла почти 99,9 МПа, что существенно выше, чем у чисто зольных или чисто шлаковых аналогов.
Экология и стройка
По словам авторов исследования, использование золошлаковых материалов позволяет эффективно утилизировать промышленные отходы. Их ежегодный объем в России составляет около 20 млн тонн, а используются они менее чем на 10 %. Технология создает прочные вяжущие, сопоставимые с лучшими традиционными материалами. В итоге снижается эмиссия CO2 благодаря отказу от высокотемпературного обжига и переработке вторичных сырьевых источников.
Подобные подходы уже подтверждаются международными исследованиями: например, показано, что частичная замена цемента шлаком и золой угольных электростанций может снижать климатический след бетона на более чем 50–60% в зависимости от пропорции заменителей.
В Норвегии перед учеными поставлена задача провести замену цемента порошкообразным шлаком со снижением выбросов углекислого газа на 95% без потери качества бетона.
Главное — впереди
Авторы работы признают, что разработка новой технологии еще далека от завершения. Комбинация порошка и жидкого активатора требует точной дозировки компонентов, смешивание «на глазок» недопустимо. Пока это не вполне удобно для массового строительства по сравнению с использованием обычного цемента или однокомпонентных щелочно-активированных связующих, работающих по принципу «просто добавь воды». Также требуется время для проверки качества материалов и их поведения в разных климатических условиях.
Необходимо более детального изучения поровой структуры полученных материалов и уточнения роли магния и железа в формировании цементирующей матрицы. Предстоят адаптация технологии к промышленным условиям и разработка рецептур, совместимых с существующими строительными практиками. Необходимо также введение соответствующей нормативной документации — ГОСТов (государственных стандартов) и СНиПов (строительных норм и правил), которые для щелочно-активированных вяжущих практически не разработаны.
Недавно стало известно о том, что инженеры создали строительный материал будущего. Мы изучили, что он из себя представляет.
