Литовські дослідники з Каунаського технологічного університету розробили геополімерний розчин із будівельних відходів, який може замінити традиційний бетон на основі портландцементу.

Портландцемент, основний компонент звичайного бетону, виробляють шляхом нагрівання вапняку та глини до 1400°C, що спричиняє близько 7–8% світових викидів CO₂. Зростання урбанізації та екологічні виклики стимулюють пошук більш сталих і вогнетривких матеріалів. За словами професорки Дануте Вайчюкінене, геополімерні в’язучі речовини можна виготовляти при нижчих температурах і повністю з відходів, що робить їх екологічною альтернативою.

У своєму дослідженні команда Вайчюкінене використала відходи керамічної цегли, метакаолін та п’ять видів дрібних наповнювачів — пісок, граніт, базальт, керамічні відходи і корунд. При нагріванні до 800°C суміші з кращими характеристиками досягали міцності на стиск 34,7 МПа і 53,0 МПа, при цьому мікротріщини утворювалися мінімально. Для порівняння, традиційні бетони на основі портландцементу за таких температур значно втрачають міцність і руйнуються, що робить геополімери з відходів більш надійними для конструкцій, що піддаються впливу вогню.

Професорка пояснює: "У будівлях і на промислових об’єктах є зони, де бетон працює буквально в безпосередній близькості від вогню — навколо димоходів, котлів, камінів, тунелів або високотемпературного обладнання. Там потрібні матеріали, які не горять і зберігають міцність після впливу екстремальних температур, саме для цього призначені ці геополімерні розчини".

Такі вогнетривкі матеріали застосовують для облицювання тунелів, підземної інфраструктури, підлог, цоколів і захисних облицювань біля печей, котлів, димоходів, сміттєспалювальних заводів і хімічних реакторів. Вони також використовуються в пасивних протипожежних системах як теплові екрани, що забезпечують цілісність конструкцій.

Це одне з перших систематичних досліджень, у якому порівнювали кілька різних дрібнозернистих наповнювачів в одній геополімерній системі на основі відходів при однаковому впливі високих температур. Найкраще збереження міцності після нагрівання до 800°C показали наповнювачі з корундових і керамічних відходів.

Вайчюкінене також підкреслює, що унікальність матеріалу полягає не лише в хімічному складі і пропорціях, а й у динамічних властивостях. За її словами, багаторазовий вплив високих температур не послаблює розчин, а навпаки — робить його міцнішим.

Екологічність нового матеріалу полягає у повному використанні відходів. Відходи керамічної цегли сортували і подрібнювали безпосередньо на будівельних майданчиках, а метакаолін отримували з відходів каоліну зі скляного заводу в Литві. Метакаолін не потребує додаткового подрібнення чи сортування, його можна брати і використовувати безпосередньо. На відміну від портландцементу, геополімерний склад активується лугом без застосування надвисоких температур.

Хоча багато дослідників у Європі та інших регіонах працюють над геополімерними матеріалами, їхнє впровадження відбувається повільно. За словами Вайчюкінене, наразі їй відомі споруди з таких матеріалів лише в Україні. Однією з головних причин обмеженого поширення є відсутність чітких стандартів і правил для їх застосування.