Австралийские инженеры из Университета RMIT нашли способ превратить низкосортную глину в эффективную добавку для цемента. Это открытие может создать новый рынок экологичных строительных материалов.

Производство цемента — ключевого компонента бетона — дает 8% мировых выбросов CO₂. Частичная замена цемента глиной снижает вред для экологии, но лучший для этого сорт — каолиновая глина — уже востребован в керамике, красках, косметике и бумажной промышленности.

Теперь ученые доказали, что более дешевая и распространенная иллитовая глина, смешанная с низкосортным каолином, делает бетон прочнее.

В исследовании, опубликованном в издании Construction and Building Materials, предложен новый метод: равные части иллита и каолина нагревают до 600°C вместе, а не по отдельности. Это улучшает свойства материала.

Обычно иллит плохо связывается с цементом и водой, но совместный нагрев резко повышает его реакционную способность, — объясняет руководитель проекта Чамила Гунасекара. — Мы заменили 20% цемента смесью низкосортных глин и получили даже лучшие показатели прочности.

Материал стал плотнее (пористость снизилась на 41%), а его прочность на сжатие выросла на 15%. Железосодержащие соединения в глине создают более компактную структуру.

Спрос на каолин растет — к 2032 году его рынок достигнет 6 млрд долларов. Теперь, благодаря этому открытию, может появиться спрос и на иллит.

Наш метод экономит энергию, — говорит ведущий автор Рошан Джаятилакаге. — Обработка сырья в один этап сокращает расход топлива.

Как это ускорит переход на экоматериалы

Исследователи также разработали компьютерную модель для анализа бетона. Она помогает оценивать свойства разных глин без долгих лабораторных тестов.

Мы можем предсказать, как состав глины повлияет на бетон, и подобрать оптимальную смесь для местных условий, — говорит Юго Ю из RMIT.

Сейчас команда сотрудничает с Европейским центром синхротронного излучения (Франция), чтобы изучить поведение бетона с разными глинами в реальных условиях.

Этот прорыв решает сразу три проблемы:

• Экология — сокращает выбросы CO₂ от производства цемента.
• Экономика — дешевые и доступные глины снизят себестоимость бетона.
• Технология — метод проще и энергоэффективнее традиционных.

Если технологию внедрят массово, строительная отрасль станет менее зависимой от дорогого каолина, а страны с запасами иллита (например, Россия) получат новый экспортный продукт.

Главный вопрос — масштабируемость. Лабораторные испытания — это одно, а промышленное производство — другое. Насколько стабильно поведение бетона с такой добавкой при разных температурах и нагрузках? Пока данных мало. Кроме того, 20% замена цемента — хороший показатель, но для кардинального снижения выбросов нужно больше.

Ранее ученые разработали формулу превращения цемента в металл.