Использование натурального пуццолана в качестве улучшения портландцемента для производства бетона с экологическими свойствами («зеленый» бетон)

Введение. Строительная отрасль считается одной из основных причин ухудшения состояния окружающей среды из-за использования традиционных строительных материалов, таких как цемент. В результате возникает острая необходимость в разработке устойчивых альтернатив производству экологически чистого бетона с применением натуральных необработанных материалов. Признавая важность цемента для урбанизации человечества, следует отметить, что его широкое использование, несомненно, способствует глобальному потеплению, которое угрожает окружающей среде во всем мире из-за выбросов углекислого газа, когда ископаемое топливо применяется для расплавления продуктов, которые используются при его производстве, и представляют собой смесь глины, воды и извести для получения основного связующего материала, т.е. клинкера.

Материалы и методы. Цель исследования — изучение возможности замены портландцемента натуральным пуццоланом в соответствии с соотношениями замены в диапазоне от 10 до 50 %, а также изучение влияния этой замены на физические свойства, наиболее важными из которых являются теплопроводность и механические свойства, представленные сопротивлением простому давлению, с учетом следующих факторов: использование переработанного гравия в качестве альтернативы натуральному гравию.

Результаты. Результаты показали, что при увеличении процентного содержания замены цемента пуццоланом повышается термостойкость бетона, так как замена цемента равной массой пуццолана приводит к снижению теплопроводности на 5 %. Кроме того, переработанные заполнители обладают большей термостойкостью по сравнению с натуральными заполнителями, даже если 50 % цемента заменено молотым пуццоланом. Отмечается увеличение стойкости более чем на 24 %, а снижение стойкости полученного бетона к простому давлению допустимо, если замена на пуццолан составляет менее 50 %.

Выводы. Простые значения прочности при сжатии кубических образцов превышают минимальные пределы международных спецификаций на цементные блоки, что позволяет изготавливать цементные блоки с использованием вторичных заполнителей с возможностью замены цемента молотым пуццоланом в соответствии с различными коэффициентами замещения до 50 %.

1. Попов К.Н. Полимерные и полимерцементные бетоны, растворы и мастики : учебное пособие. М. : Высшая школа, 1987. 72 с

2. Osei D.Y., Jackson E.N. Compressive strength and workability of concrete using natural pozzolana as partial replacement of ordinary Portland cement // Advances in Applied Science Research. 2012. Vol. 3. Issue 6. Pp. 3658–3662.

3. Wang Y. Research on the Sustainability in Green Building // Advances in Economics, Business and Management Research. 2022. DOI: 10.2991/aebmr.k.220405.231

4. Aabid A., Baig M. Sustainable Materials for Engineering Applications // Materials. 2023. Vol. 16. Issue 18. P. 6085. DOI: 10.3390/ma16186085

5. Wang H., Cao C. On how to move from green building to green ecological city // Building Materials and Decoration. 2018. Vol. 35. Pp. 83–84.

6. Омран Д., Вассуф М. Использование информационного моделирования строительных объектов (BIM) с целью изучения ориентации здания при проектировании для достижения их большей устойчивости // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. № 3. С. 436–455. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.3.436-455

7. Zhang D., Wu W., Fang P. Research on the Development of Green Buildings in China // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. Vol. 555. Issue 1. P. 012095. DOI: 10.1088/1755-1315/555/1/012095

8. Yuan Q., Liu Z., Zheng K., Ma C. Chapter 3 — Portland cement concrete // Civil Engineering Materials. 2021.

9. Al-Swaidani A.M. Natural pozzolana of micro and nano-size as cementitious additive: resistance of concrete/mortar to chloride and acid attack // Cogent Engineering. 2021. Vol. 8. Issue 1. DOI: 10.1080/23311916.2021.1996306

10. Al-Swaidani A.M. Use of micro and nano volcanic scoria in the concrete binder: Study of compressive strength, porosity and sulfate resistance // Case Studies in Construction Materials. 2019. Vol. 11. P. e00294. DOI: 10.1016/j.cscm.2019.e00294

11. Ekolu S.O., Hooton R.D., Thomas M.D.A. Studies on Ugandan Volcanic ash and Tuff // Proceedings from the International Conference on Advances in Engineering and Technology. 2006. Pp. 75–83. DOI: 10.1016/B978-008045312-5/50009-1

12. Ali K., Aljubayli N. Study the Influence of Replacement the Aggregates of Mortar with Natural Pozzolana on its Fresh and Hardened Properties // Tishreen University Journal for Research and Scientific Studies — Engineering Sciences Series. 2014.

13. Alsheyab M.A.T. Recycling of construction and demolition waste and its impact on climate change and sustainable development // International Journal of Environmental Science and Technology. 2022. Vol. 19. Issue 3. Pp. 2129–2138. DOI: 10.1007/s13762-021-03217-1

14. Menegaki M., Damigos D. A review on current situation and challenges of construction and demolition waste management // Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry. 2018. Vol. 13. Pp. 8–15. DOI: 10.1016/j.cogsc.2018.02.010

15. Dahlbo H., Bachér J., Lähtinen K., Jouttijärvi T., Suoheimo P., Mattila T. et al. Construction and demolition waste management — a holistic evaluation of environmental performance // Journal of Cleaner Production. 2015. Vol. 10. Pp. 333–341. DOI: 10.1016/j.jclepro.2015.02.073

16. Zhang L. Production of bricks from waste materials : а review // Construction and Building Materials. 2013. Vol. 47. Pp. 643–655. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.05.043

17. Colorado H.A., Muñoz A., Monteiro S.N. Circular economy of construction and demolition waste: A case study of Colombia // Sustainability. 2022. Vol. 14. Issue 12. P. 7225. DOI: 10.3390/su14127225

18. Украинский И.С., Майорова Л.П., Саликов Д.А., Шевчук А.С., Чайников Г.А. Повторное использование бетонного и кирпичного лома в качестве заполнителей в бетон // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2023. Т. 31. № 2. С. 291–301. DOI: 10.22363/2313-2310-2023-31-2-291-301. EDN NENFHQ.

19. Муртазаев С.А.Ю., Хадисов В.Х., Хаджиев М.Р. Использование керамического кирпичного боя для получения легких керамобетонов // Экология и промышленность России. 2014. № 10. С. 22–25. EDN SQVWOD.

20. Ахмед А.А., Федюк Р.С., Лисейцев Ю.Л., Тимохин Р.А., Мурали Г. Использование бетонного лома Ирака в качестве наполнителя и заполнителя тяжелого и легкого бетона // Строительные материалы и изделия. 2020. Т. 3. № 3. С. 28–39. DOI: 10.34031/2618-7183-2020-3-3-28-39. EDN NKXOKJ.