Предсказуемое вяжущее: в НИУ «БелГУ» нашли способ контролировать время затвердевания стройматериалов

Классический цемент обеспечивает прочность, но его производство оставляет огромный углеродный след. Альтернатива – вяжущие на основе молотого доменного шлака, активируемые щелочью. Они экологичнее и долговечнее, но сложнее в работе. Если перемолоть шлак с щелочью мокрым способом, смесь схватится почти моментально – раньше, чем её успеют залить. Сухой помол с последующим добавлением воды дает противоположный эффект – затвердевание происходит очень медленно.

Учёным НИУ «БелГУ» под руководством директора Инжинирингового центра «БелГУ» Ивана Никулина совместно с коллегами из БГТУ им. В.Г. Шухова удалось найти решение этой проблемы, благодаря которому в будущем может появиться строительный материал с контролируемыми сроками схватывания и твердения вяжущего. Разработка вызвала широкий интерес: о полученных результатах сообщило Российское агентство международной информации «РИА Новости».

Решая задачу «тонкой настройки», исследователи смогли подобрать компонент, который работает как катализатор и позволяет управлять процессом затвердевания без потери прочности. Ключом инновации стал цитрогипс – это отход биохимического производства лимонной кислоты. Этот тонкодисперсный порошок с удельной поверхностью 290 м² /кг образуется в результате микробиологического синтеза меловой массы с использованием культуры плесневых грибов Aspergillus niger.

Предложенная технология включает измельчение доменного шлака до состояния сверхтонкой муки (с удельной поверхностью 345 м²/кг), добавление цитрогипса в количестве 1,5-2,5 масс. %, перемешивание в течение 1-2 минут, приготовление щелочного раствора путем смешивания воды и щелочного активатора до полного растворения твердого компонента, добавление его в твердофазную смесь с последующим смешиванием всех компонентов. При этом свежеприготовленный щелочной активатор вводят в твердофазный компонент в течение 3 минут и одновременного перемешивают смесь до получения однородной суспензии.

Результаты лабораторных испытаний показали, что добавка цитрогипса позволяет сократить начало схватывания почти вдвое – на 40–51%. Окончание схватывания также ускоряется, но при этом процесс остаётся под полным контролем технолога. Варьируя дозировку в узком диапазоне, можно регулировать затвердевание смеси под конкретную задачу: увеличить скорость для срочного ремонта или обеспечить запас времени для транспортировки раствора.

И главное – управляемость достигается не в ущерб качеству. Прочность полученного материала на сжатие достигает 32,8 МПа, что сопоставимо с одной из наиболее популярных марок цемента.

– Прочность на сжатие составляет 28,7–32,8 мегапаскаля, что соответствует портландцементу (ЦЕМ 32,5), – рассказал Иван Никулин в интервью РИА Новости.

Как пояснил Иван Сергеевич, такой показатель позволяет рассматривать новый стройматериал для производства штукатурки, тротуарной плитки или лестничных маршей. Он также подчеркнул, что обеспеченный в разработке баланс ранее был недостижим.

Разработанная учёными сырьевая смесь и способ получения шлакощелочного вяжущего с её использованием решает фундаментальную проблему щелочеактивированных вяжущих и находит полезное применение многотоннажным накоплениям промышленных отходов производства лимонной кислоты.

Перспективная разработка получила поддержку Министерства высшего образования и науки РФ и выполнялась в рамках госзадания №FZWG-2024-00-01. Уникальность и новизна разработки защищены патентом РФ № 2861432.