Российские ученые нашли способ создать высокопрочную «зелёную» замену бетону

Сотрудники Института химии силикатов имени Гребенщикова (филиал НИЦ «Курчатовский институт», Санкт-Петербург) выяснили, что прочность геополимеров — экологичного аналога строительного бетона — можно повысить в 1,5 раза. Ключевой фактор — форма частиц сырья. Исследование поддержано Российским научным фондом.

Что такое геополимеры

Геополимеры — это материалы, которые получают химической активацией природных или искусственных материалов, содержащих кремний и алюминий. В теории они обладают рядом преимуществ перед традиционным цементом: их производство не ведёт к большим выбросам СО₂ (цементная промышленность даёт около 8–10% всех антропогенных парниковых газов), они дольше сохраняют пластичность и менее подвержены трещинам и деформациям.
Однако на практике геополимеры пока не применяются широко, поскольку процесс их затвердевания недостаточно изучен, а также отсутствовали данные о влиянии свойств компонентов на структуру и качество конечного материала.

Суть открытия

Учёные Ольга Голубева и Андрей Алексеев при всестороннем изучении формирования геополимеров использовали частицы трёх форм: пластинки, трубки и сферы (размером от 0,1 до 17 микрометров). Каждый материал нагревали до высоких температур и смешивали со щелочным раствором-активатором, который запускал «сшивание» частиц в прочные полимерные сети.
Опыты показали, что процесс формирования геополимеров протекал быстрее всего при использовании частиц-трубок, а полученный материал был самым прочным — его прочность выросла в 1,5 раза по сравнению с другими формами частиц. Исследователи предполагают, что это связано с упорядоченной «укладкой» трубчатых частиц, что позволяет материалу выдерживать большие нагрузки.

Практическое значение

Понимание этого механизма позволяет гибко управлять прочностью и структурой геополимеров, адаптируя их под решение конкретных задач строительной индустрии, включая условия Арктики и другие сложные климатические зоны. Это открытие создаёт основу для производства новых стройматериалов с прогнозируемыми и настраиваемыми свойствами, производство которых не наносит серьёзного вреда окружающей среде.