Исследователи из Пермского Политеха нашли способ, как защитить стены зданий от трещин и разрушительных процессов. Научная работа, опубликованная в Газете Новости Кунгурского края, подчеркивает важность разработки нового состава пеностекла, который существенно повышает прочность бетона.
Легкий пористый бетон, который активно используется в строительстве благодаря своей теплоизоляции, сталкивается с серьезной проблемой — образованием трещин на фасадах. Это происходит из-за щелочно-силикатной реакции: влага проникает в стены, провоцируя взаимодействие щелочей из цемента с кремнием из пеностекла. В результате образуется гель, который разбухает и разрушает бетон изнутри. Особенно быстро этот процесс происходит в условиях холодного и влажного климата, что делает проблему актуальной для многих регионов, включая северо-западную часть России.
Существующие методы борьбы с этой проблемой, такие как использование специального цемента, добавок или гидроизоляции, зачастую оказываются дорогими и ненадежными. Например, определенные добавки, такие как микрокремнезем или зола, могут помочь, но требуют точных пропорций, что усложняет процесс. Гидроизоляция, в свою очередь, лишь замедляет процесс, не устраняя его полностью.
Ученые Пермского Политеха решили эту задачу, создав новый состав пеностекла, который увеличивает прочность бетона на 27%. Ключевым компонентом стал метакаолин — алюмосиликатная глина, которая не только предотвращает слипание частей пеностекла, но и связывает щелочи цемента, тем самым блокируя разрушительную реакцию.
Процесс производства пеностекла включает измельчение битых бутылок и оконного стекла, которые затем смешиваются со вспенивателем и нагреваются до 750–850°C. Однако, чтобы избежать проблем со слипанием гранул, их обычно опудривают тальком, графитом или мелом, что не решает основной проблемы. Новый метод с использованием метакаолина не только решает эту технологическую задачу, но и обеспечивает защиту от химических реакций.
Для проверки эффективности нового состава ученые провели эксперименты, изготовив три партии гранул пеностекла: без добавок, с диоксидом кремния и с метакаолином. Результаты показали, что образцы с метакаолином значительно превзошли остальные по прочности — 3,3 МПа, что на 27% выше, чем у контрольного образца. Также было замечено снижение водопоглощения бетона с 13,7% до 11,9%, что уменьшает риск образования разрушительного геля.
Метакаолин действует как ловушка для щелочей: его мельчайшие частицы связывают ионы натрия и калия, предотвращая их взаимодействие с кремнием из пеностекла. При этом он сохраняет свои основные функции, оставаясь на поверхности гранул и предотвращая их слипание.
Полученные результаты открывают новые горизонты для строительства. Разработка позволяет производить более качественные стеновые блоки и панели без значительного увеличения себестоимости. Это, в свою очередь, обеспечит жильцам более долговечные дома, которые не будут покрываться трещинами всего через 10–15 лет после постройки.
Таким образом, новый подход к производству пеностекла и легкого бетона не только решает проблему, связанную с разрушением стен, но и повышает общую эффективность и надежность строительных материалов, что имеет важное значение для будущего строительства в регионах с различными климатическими условиями.