Человеческие отходы могут оказаться неожиданно полезным строительным сырьём. Исследователи выяснили, что материал, полученный из фекального осадка, способен улучшать свойства бетона и при определённой концентрации заметно повышать его прочность. Подробности исследования приводит портал ridlife.ru.
Речь, впрочем, не идёт о том, что отходы просто добавляют в цементную смесь. Сначала фекальный осадок высушивают, затем нагревают при температуре около 350–450 °C в условиях недостатка кислорода. После такой обработки остаётся биоуголь — сухой углеродсодержащий материал, который можно измельчить до состояния порошка.
Именно этот порошок исследователи использовали как частичную замену цемента.
Для эксперимента специалисты подготовили несколько бетонных смесей, в которых доля цемента, заменённого биоуглём, составляла 5, 10 и 15%. После затвердевания образцы проверяли на прочность при сжатии и изгибе, а также измеряли их пористость, усадку и способность впитывать воду.
Выяснилось, что небольшое количество биоугля может не просто сохранить характеристики обычного бетона, но и улучшить их.
Спустя 91 день бетон с 5-процентной добавкой показал примерно на 20% более высокую прочность на сжатие и на 36% — на изгиб. При замене 10% цемента прирост составил соответственно 21 и 42%.
Последняя цифра и дала повод говорить о бетоне, который стал на 42% прочнее. Но здесь есть важное уточнение: речь идёт именно о сопротивлении изгибу, а не обо всех характеристиках материала сразу.
Откуда берётся дополнительная прочность
Авторы работы связывают эффект со структурой самого биоугля. Его частицы пронизаны множеством микроскопических пор, способных удерживать воду.
После заливки бетона эта влага постепенно высвобождается и продолжает участвовать в процессах твердения. В результате цемент получает дополнительное время и воду для химических реакций, формирующих прочную структуру материала.
Ещё одну роль может играть кремнезём, содержащийся в биоугле. Он способен реагировать с продуктами твердения цемента и участвовать в образовании соединений, которые дополнительно укрепляют бетон.
Наконец, очень мелкие частицы биоугля заполняют часть пустот между компонентами смеси. Исследование микроструктуры показало, что бетон с небольшой долей такой добавки получается более плотным и однородным.
Но увеличивать количество биоугля бесконечно нельзя. При замене 15% цемента показатели уже начинали ухудшаться: структура становилась более пористой, а между отдельными участками материала возникали менее прочные связи.
Зачем строителям человеческие отходы
У исследования есть не только необычная, но и вполне практическая сторона. Производство цемента относится к энергоёмким процессам и связано с крупными выбросами углекислого газа. Поэтому инженеры давно ищут материалы, способные хотя бы частично заменить цемент.
Одновременно очистные сооружения постоянно производят огромные объёмы осадка, который необходимо перерабатывать или утилизировать.
Если превращать часть этих отходов в строительный биоуголь, один и тот же материал теоретически можно будет вывести из системы отходов и одновременно использовать для снижения расхода цемента.
До массового применения такой технологии ещё потребуется дополнительная проверка. Исследователям предстоит выяснить, как необычный бетон ведёт себя при морозах и оттаиваниях, контакте с солью, резких перепадах температуры и длительной эксплуатации.
Отдельный вопрос связан с тяжёлыми металлами, которые могут присутствовать в осадке сточных вод. Необходимо проверить, насколько надёжно они удерживаются внутри бетона и не смогут ли со временем вымываться наружу.
Если дальнейшие испытания подтвердят безопасность и долговечность материала, отходы, которые сегодня требуют затрат на переработку, в будущем могут превратиться в сырьё для производства более прочного бетона.
