Создана добавка для производства кирпича из осадка очистных сооружений

Добавку для производства кирпича из осадка водопроводных очистных сооружений создали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ). Так они смогли вдвое повысить пластичность глины и улучшить качество готовых изделий, сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ.

"Ученые Пермского политеха разработали состав керамической смеси для производства кирпича, в котором отходы водоподготовки заменяют дорогие импортные пластификаторы. В результате пластичность глины выросла на 50%, а качество готовых изделий - на 10% по сравнению с традиционными решениями", - рассказали в министерстве.

По словам ученых, после очистки воды на станциях водоподготовки остается обезвоженный осадок (кек) и отработанный активированный уголь, который скапливается при замене фильтров. Эти материалы содержат остатки алюминия, хлора и тяжелых металлов, которые под воздействием осадков постепенно вымываются, попадая в почву и грунтовые воды. При этом масштабной системы переработки этих отходов в России пока нет. Перспективным направлением считается использование этих отходов в производстве стройматериалов, а именно кирпича. Поскольку в большинстве регионов России местные глины имеют низкую пластичность, готовый кирпич получается рыхлым, быстро впитывает влагу и хуже сохраняет тепло. Поэтому кирпичным заводам приходится закупать импортные пластификаторы или завозить высокопластичную глину из других регионов.

Так, ученые ПНИПУ предложили использовать в качестве альтернативы кек и отработанный активированный уголь, которые в больших объемах накапливаются на водоочистных станциях. Как выяснили исследователи, кек на 39% состоит из алюминиевой слюды, на 24% из кварца и на 21% из гетита (железистого минерала). То есть по своей природе он родственен глине. Это означает, что отходы могут не только не навредить, но и хорошо совместиться с основным сырьем.

Чтобы найти идеальное соотношение обезвоженного осадка, угля и глины, исследователи приготовили несколько вариантов смесей с разным содержанием отходов. Каждую обжигали при разных температурах - 950, 1 000 и 1 050 градусов. Именно при таких температурах работает большинство кирпичных заводов. После этого проверили, как ведет себя материал: насколько он пластичный, не трескается ли при сушке, как меняется в размерах, сколько воды впитывает. Затем ученые построили математические модели, которые показали, как свойства материала зависят от количества отходов и температуры обжига. Анализ этих моделей позволил определить оптимальное сочетание компонентов, при котором пластичность глины достигает максимума, а усадка и риск трещин - минимума.

"Результаты показали, что при добавлении 12-16% обезвоженного осадка пластичность глины вырастает с 8% до 12% - то есть сама глина становится более податливой на 50% по сравнению с исходным состоянием. Кроме того, снижается воздушная усадка: кирпич меньше сжимается при высыхании, а значит, уменьшается риск появления трещин. Для отработанного угля наилучший результат дает добавление 14-20% от общего объема смеси. При этом использовать оба вида отходов вместе необязательно - каждый из них по отдельности уже улучшает свойства глины", - рассказала старший преподаватель кафедры "Теплогазоснабжение, вентиляция и водоснабжение, водоотведение" ПНИПУ Мария Плетнева.

Также ученые выяснили, что в оптимальных составах водопоглощение составило 14-18% - это норма для обычной керамической продукции с добавками. Доля воздушных пустот достигла 30-35%, а плотность снизилась: кирпич стал заметно легче. "Это уменьшает нагрузку на фундамент, делает перевозку дешевле, а кладку - проще. К тому же, благодаря пористой структуре, стены из такого материала лучше сохраняют тепло", - отметили в университете.

Как пояснил декан строительного факультета ПНИПУ, кандидат технических наук Виталий Шаманов, в сравнении с существующими методами новая разработка дает комплексное преимущество: обезвоженный осадок и отработанный уголь - это отходы, которые не требуют импорта и достаются производителям практически бесплатно. "Добавки просто вводятся в смесь на этапе замеса, внедрение не потребует остановки производства или закупки нового оборудования. При этом качество готовых изделий выросло на 10% по сравнению с традиционными решениями", - добавил Шаманов.

Исследование пермских ученых было выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства "Приоритет-2030".