Ученые Пермского Политеха создали новую строительную смесь для полов из производственных отходов

Статья опубликована в журнале «Construction and Geotechnics». Разработка выполнена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Для получения высокочистых металлов, таких как алюминий и бериллий, в производстве микрочипов и полупроводников используют плавиковую кислоту. В процессе ее получения остается побочный продукт — фторангидрит, которого в России ежегодно образуется до 350 тыс. тонн. Самый перспективный вариант его утилизации — это переработка в строительный материал в качестве компонента композиционных вяжущих веществ, однако массово этого все еще не происходит из-за сложностей с его обработкой, медленного затвердевания и невысокой прочности фторангидрита.

В результате фторангидрит часто остается отходом, который хранится и накапливается на специальных полигонах, требующих больших площадей и постоянного расширения. Это вредно для близлежащих населенных пунктов, а также занимает территории, которые могли бы использоваться более эффективно.

Один из вариантов переработки фторангидрита — это его использование в составе сухой строительной смеси, предназначенной для получения самовыравнивающихся (наливных) полов. Она представляет собой композицию из специальных вяжущих веществ, наполнителя и добавок, которые после затворения водой образуют текучий раствор, способный под действием собственного веса распределяться по поверхности и создавать идеально ровное основание. Обычно такие полы выступают в качестве финишных покрытий или промежуточного слоя под ламинат, плитку, паркет и другие напольные материалы.

Ученые Пермского Политеха разработали более эффективный состав вяжущего вещества с повышенной прочностью на основе фторангидрита для сухой строительной смеси.

— Сначала мы использовали высокопрочный гипс в качестве основного компонента, добавляя в него 15% фторангидрита. Это позволило получить смесь с улучшенными прочностными характеристиками. Для усиления ее свойств использовались специальные вещества-активаторы — зола-унос, портландцемент и сульфат марганца. В результате прочность готовой смеси повысилась на 46%, а коэффициент размягчения составил не менее 0,75 — это говорит о хорошей водостойкости готового материала, — объясняет Степан Леонтьев, доцент кафедры «Строительный инжиниринг и материаловедение» ПНИПУ, кандидат технических наук.

Для улучшения характеристик сухой смеси ученые также подобрали оптимальные добавки: суперпластификатор, который улучшает подвижность раствора и снижает водотвердое отношение, пеногаситель для предотвращения образования воздушных пузырей в растворе, замедлитель схватывания на основе лимонной кислоты, а также эфир целлюлозы, который повышает водоудерживающую способность и пластичность раствора.

— Метод математического планирования эксперимента помог определить точные пропорции добавок, которые обеспечат высокую текучесть смеси — 260 мм по Суттарду, отличная адгезия к бетонному основанию, — более 0,98 МПа, прочность на сжатие через 28 дней — до 22,7 МПа, а также отсутствие усадочных деформаций. Испытания показали, что новая сухая смесь не уступает по качественным характеристикам продуктам, имеющимся на рынке строительных материалов, — комментирует Андрей Талейко, аспирант кафедры «Строительный инжиниринг и материаловедение» ПНИПУ.

Разработка ученых Пермского Политеха открывает новые горизонты для применения техногенных отходов в строительной индустрии. Применение фторангидрита позволит снизить себестоимость выпускаемой продукции без ухудшения ее качества, а также решит вопрос утилизации образующихся отходов.