Форма частиц оказалась ключевым параметром для «зелёного» строительного материала

Исследователи из Института химии силикатов имени Гребенщикова выяснили: судьба геополимера решается ещё на стадии выбора сырья. Форма частиц, из которых состоит материал, напрямую определяет и скорость затвердевания, и итоговую прочность. Трубчатые частицы дают результат, недостижимый для обычного бетона.

Почему геополимер важнее, чем кажется

Цемент - один из главных «экологических злодеев» строительной индустрии. На его производство приходится от 5 до 8% всех мировых выбросов углекислого газа. Это больше, чем даёт авиация. Геополимеры предлагают принципиально иной путь: вместо обжига известняка при высоких температурах - химическая активация глин и промышленных отходов, содержащих кремний и алюминий. Выбросов несравнимо меньше. Только вот строительная отрасль к этой альтернативе пока присматривается с осторожностью - из-за недостаточной изученности процессов затвердевания.

Петербургские химики взялись заполнить этот пробел. И нашли неожиданно простой, но критически важный рычаг управления свойствами материала.

Что показал эксперимент

Учёные приготовили образцы из трёх типов частиц: пластинчатых, сферических и трубчатых - размером от 0,1 до 17 микрометров. Каждый вариант сырья прогрели до 750°C, затем смешали со щелочным активатором, запускающим полимеризацию.

Разница оказалась разительной. Трубчатые частицы превратились в гелеобразную массу всего за 40 минут. Сферы потребовали 110 минут, пластины - 120. Но главное - прочность. Геополимер на основе трубок выдержал давление 85 мегапаскалей. Это в полтора раза выше показателя самого распространённого строительного бетона.

Секрет - в упорядоченной укладке трубчатых частиц внутри материала. Они формируют более плотную и регулярную структуру, которая эффективнее распределяет нагрузку.

Куда движется исследование

Практические перспективы широкие. Контролируемое затвердевание и высокая прочность делают геополимеры особенно привлекательными для строительства в арктических условиях, где традиционный бетон ведёт себя непредсказуемо. Ещё одно перспективное направление - матрицы для изоляции радиоактивных отходов.

Команда также планирует освоить 3D-печать геополимерных изделий и перейти исключительно на отечественное алюмосиликатное сырьё. По словам руководителя проекта Ольги Голубевой, это позволит сформулировать конкретные предложения по вовлечению российских минеральных ресурсов в высокотехнологичное производство новых материалов с заранее заданными свойствами. Работа поддержана грантом Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Ceramics International.