Ученые Института химии силикатов имени И.В. Гребенщикова (филиал НИЦ «Курчатовский институт») определили фактор, влияющий на характеристики геополимеров — экологичных аналогов традиционного бетона. Выяснилось, что скорость затвердевания и итоговая прочность материала напрямую зависят от геометрической формы частиц исходного сырья.
Производство стандартного цемента отвечает за 5–8% мировых выбросов углекислого газа. Геополимеры, получаемые путем химической активации алюмосиликатного сырья (глины и промышленных отходов), лишены этого недостатка. Они экологичны, долго сохраняют пластичность, а затем быстро схватываются. Однако из-за недостаточности понимания процессов затвердевания их применение в стройиндустрии пока ограничено.
Петербургские исследователи протестировали микрочастицы трех типов: сферические, пластинчатые и трубчатые. Материалы нагрели до 750°C и активировали щелочным раствором. Лучшие результаты показали трубчатые частицы:
- Скорость схватывания: переходят в гелеобразную фазу всего за 40 минут (сферы — за 110 минут, пластины — за 120).
- Прочность: выдерживают давление в 85 МПа, что в полтора раза превосходит показатели распространенных марок бетона.
Благодаря упорядоченной укладке «трубок» формируется прочная полимерная сетка. Изменение формы частиц позволяет настраивать параметры материала. В дальнейшем химики планируют использовать отечественные минералы для 3D-печати геополимерами, а также для создания стройматериалов для Арктики и безопасных матриц для захоронения радиоактивных отходов.