Бетон с биоуглём из человеческих отходов стал на 42% прочнее на изгиб

Индийские исследователи доказали, что термически переработанный осадок сточных вод способен существенно улучшить характеристики строительных смесей. Частичная замена портландцемента биоуглем из обезвреженного канализационного шлама увеличила прочность бетона на изгиб на 42%, а на сжатие — на 21%. Результаты эксперимента опубликованы в научном журнале Scientific Reports.

Пиролиз при 450 °C и микроструктурный эффект

Вирусные сообщения в соцсетях об «укреплении бетона фекалиями» искажают суть процесса: сырые нечистоты на стройплощадки никто не завозит. Ученые брали твердый осадок с очистных сооружений города Варангал, высушивали его и подвергали пиролизу — бескислородному высокотемпературному нагреву при температуре 350–450 °C. В результате биологическая масса превратилась в стерильный пористый углеродный порошок, богатый кремнием.

Полученный биоуголь добавляли в стандартный портландцемент в пропорциях 5%, 10% и 15%. Наилучший результат показал состав с 10-процентным замещением: через 91 день контрольные образцы продемонстрировали прирост прочности на сжатие на 21% и на изгиб на 42%. При повышении доли угля до 15% свойства материала начинали падать из-за снижения однородности смеси.

Как отмечает издание ScienceAlert, упрочнение бетона обусловлено тремя факторами:

• Внутренняя гидратация: пористые гранулы биоугля аккумулируют воду при замешивании и медленно отдают влагу в процессе схватывания, предотвращая появление микротрещин;
• Пуццолановая активность: оксид кремния в золе вступает в реакцию с гидроксидом кальция, формируя прочный гидратный гель;
• Плотность матрицы: пылевидные частицы надежно запечатывают пустоты, снижая водопоглощение готового монолита.

Экологический потенциал и проверка морозостойкости

Разработка открывает путь к решению сразу двух экологических проблем: переработке накапливающихся осадков сточных вод и сокращению расхода традиционного цемента, чье производство формирует около 8% общемировых выбросов углекислого газа.

Однако до практического применения смеси в строительстве предстоит решить прикладные инженерные вопросы. Ученым предстоит оценить рентабельность и энергоемкость самого процесса пиролиза, а также проверить стойкость нового бетона к циклам замерзания-оттаивания, воздействию дорожных солей и риску долговременного вымывания тяжелых металлов, которые могут присутствовать в осадке городских стоков.