|
|
 |
|
|
 |
Ученые Пермского Политеха превратили осадок водопроводных очистных сооружений в ценную добавку для кирпича
Ученые ПНИПУ разработали состав керамической смеси для производства кирпича, в котором отходы водоподготовки заменяют дорогие импортные пластификаторы. В результате пластичность глины выросла на 50%, а качество готовых изделий — на 10% по сравнению с традиционными решениями.
Статья опубликована в журнале «Градостроительство и архитектура», Т. 16, №1, 2026 г. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Ежегодно только на крупных станциях водоподготовки в России образуются сотни тысяч тонн отходов. Это обезвоженный осадок (кек), остающийся после очистки воды, и отработанный активированный уголь, который скапливается при замене фильтров. Эти материалы содержат остатки алюминия, хлора и тяжелых металлов. Сегодня их вывозят на полигоны, где они десятилетиями занимают огромные площади. Под воздействием осадков токсичные компоненты постепенно вымываются, попадая в почву и грунтовые воды. Тяжелые металлы и соединения алюминия не разлагаются естественным путем — они накапливаются в растениях и через пищевые цепочки могут проникать в организм человека, создавая долгосрочную угрозу для здоровья.
При этом масштабной системы переработки этих отходов в России пока нет. Большинство существующих методов лишь снижают их объем перед захоронением, но не решают проблему накопленного экологического вреда. Ситуация требует не просто утилизации, а технологий, позволяющих превратить кек и отработанный уголь из источника опасности в ценное сырье.
Перспективным направлением считается использование этих отходов в производстве стройматериалов — в частности, кирпича. Сегодня эта отрасль сталкивается с острой проблемой: в большинстве регионов местные глины имеют низкую пластичность. Из-за этого готовый кирпич получается рыхлым, быстро впитывает влагу и хуже сохраняет тепло. Чтобы исправить недостаток, кирпичным заводам приходится либо закупать дорогие импортные пластификаторы, либо завозить высокопластичную глину из других регионов, например, с Кавказа. В условиях роста стоимости сырья и логистических сбоев это значительно удорожает производство. Поэтому поиск дешевой местной альтернативы — одна из главных задач для предприятий строительной отрасли.
Ученые Пермского Политеха предложили использовать в качестве такой альтернативы кек и отработанный активированный уголь — отходы, которые в больших объемах накапливаются на водопроводных станциях по всей стране. С помощью специальных методов анализа они выяснили, что кек на 39% состоит из алюминиевой слюды, на 24% из кварца и на 21% из гётита (железистого минерала). То есть по своей природе он родственен глине. Это означает, что отходы могут не только не навредить, но и хорошо совместиться с основным сырьем. К тому же они есть в любом регионе и доступны практически бесплатно.
Добавлять эти отходы в глину пробовали и раньше. Но из-за нестабильности состава и отсутствия четких рецептур смесь часто теряла связующую способность, становилась рыхлой, а готовый кирпич не соответствовал требованиям по прочности.
Именно эту задачу и решили ученые Пермского Политеха. Они разработали состав керамической смеси для производства кирпича, в основе которого использовали отходы водопроводных очистных сооружений и отработанный активированный уголь. В результате пластичность глины выросла на 50% по сравнению с исходным сырьем, а качество готовых изделий — на 10% выше, чем у традиционных решений.
Чтобы найти идеальное соотношение обезвоженного осадка, угля и глины, исследователи приготовили несколько вариантов смесей с разным содержанием отходов. Каждую обжигали при разных температурах — 950, 1000 и 1050°C. Именно при таких градусах работают большинство кирпичных заводов. После этого проверили, как ведет себя материал: насколько он пластичный, не трескается ли при сушке, как меняется в размерах, сколько воды впитывает.
На основе полученных данных ученые построили математические модели в специализированном программном комплексе. Трехмерные графики наглядно показали, как свойства материала зависят от количества отходов и температуры обжига. Анализ этих моделей позволил определить оптимальное сочетание компонентов, при котором пластичность глины достигает максимума, а усадка и риск трещин — минимума.
— Результаты показали, что при добавлении 12–16% обезвоженного осадка пластичность глины вырастает с 8% до 12% — то есть сама глина становится более податливой на 50% по сравнению с исходным состоянием. Кроме того, снижается воздушная усадка: кирпич меньше сжимается при высыхании, а значит, уменьшается риск появления трещин. Для отработанного угля наилучший результат дает добавление 14–20% от общего объема смеси. При этом использовать оба вида отходов вместе необязательно — каждый из них по отдельности уже улучшает свойства глины, — рассказала Мария Плетнева, старший преподаватель кафедры «Теплогазоснабжение, вентиляция и водоснабжение, водоотведение» ПНИПУ.
Ученые также проверили, как отходы влияют на свойства готового кирпича, и выяснили, сколько их можно добавлять без потери качества. В оптимальных составах водопоглощение составило 14–18% — это норма для обычной керамической продукции с добавками. Доля воздушных пустот достигла 30–35%, а плотность снизилась: кирпич стал заметно легче. Это уменьшает нагрузку на фундамент, делает перевозку дешевле, а кладку — проще. К тому же, благодаря пористой структуре, стены из такого материала лучше сохраняют тепло.
Образцы с добавлением до 20% угольного отхода или до 30% кека успешно прошли обжиг и не разрушились. Если же добавить больше, смесь теряет связующие свойства: становится рыхлой, и сформовать из нее прочный кирпич уже не получается.
— В сравнении с существующими методами новая разработка дает комплексное преимущество. Обезвоженный осадок и отработанный уголь — это отходы, которые не требуют импорта и достаются производителям практически бесплатно. Добавки просто вводятся в смесь на этапе замеса, внедрение не потребует остановки производства или закупки нового оборудования. При этом качество готовых изделий выросло на 10% по сравнению с традиционными решениями, — добавил Виталий Шаманов, декан строительного факультета ПНИПУ, кандидат технических наук.
Следовательно, технология выгодна не только экономически, но и экологически. Ученые Пермского Политеха предложили решение, которое превращает проблему в ресурс. Вместо того чтобы десятилетиями накапливаться на полигонах, отравляя почву и воду, кек и активированный уголь получают вторую жизнь. Теперь эти отходы становятся ценным сырьем, позволяя снизить себестоимость кирпича и давая строительству доступный и эффективный материал.
Контактное лицо: Фазлетдинова Эллина Руслановна (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 21:20, 28.04.2026
Количество просмотров: 49
Страна: Россия
| Если исчезнут пчелы, люди будут питаться одним картофелем: ученые ПНИПУ рассказали, что важно знать о медоносных семействах, ПНИПУ, 22:49, 19.05.2026, Россия |
152 |
| 20 мая отмечается Всемирный день пчел. Ученые ПНИПУ рассказали, как человек приручил этих насекомых, почему сокращается их популяция, что, если они исчезнут, как созревает мед, существуют ли «чистые» виды этого продукта, почему он так полезен и кому нежелательно его употреблять. |
|
| Группа крови и дыхание во сне влияют на развитие гипертонии: ученая ПНИПУ объяснила, почему так происходит и как это предотвратить, ПНИПУ, 22:35, 19.05.2026, Россия |
15 |
| 17 мая отмечается Всемирный день борьбы с гипертонией. Ученая ПНИПУ рассказала, как генетика, группа крови, образ жизни, недостаток витаминов и дыхание влияют на возникновение заболевания, почему оно долго прогрессирует без симптомов и возможно ли предотвратить развитие, если у человека есть предрасположенность. |
|
| Ученые Пермского Политеха назвали 5 самых опасных ошибок при использовании кондиционера и рассказали, как их избежать, ПНИПУ, 22:33, 19.05.2026, Россия |
14 |
| Ученые Пермского Политеха рассказали, что будет, если не проветривать помещение при работе устройства, не увлажнять воздух, включать прибор на 18°C и ниже, не чистить фильтры, спать или работать под холодным потоком и как сделать так, чтобы кондиционер стал по-настоящему полезным помощником, а не врагом для здоровья. |
|
| Миф или реальность: ученый Пермского Политеха об опасности использования бесплатного Wi-Fi, ПНИПУ, 22:32, 19.05.2026, Россия |
13 |
| Бесплатный Wi-Fi в общественных местах таит куда больше угроз, чем принято считать. Поддельные точки доступа, выглядя как обычный интернет, позволяют злоумышленникам перехватывать через них логины, пароли и другую личную информацию. Ученый Пермского Политеха рассказывает, как работают атаки через фейковые сети, что скрывает домашний Wi-Fi и как можно защитить свои данные. |
|
| Ученые Пермского Политеха создали уникальную технологию производства керамики, ПНИПУ, 22:08, 19.05.2026, Россия |
30 |
| Керамика сегодня используется в самых разных областях: в машиностроении, авиастроении и других. Однако существующие технологии не позволяют регулировать прочность керамических изделий. Ученые Пермского Политеха создали уникальную технологию изготовления керамики, которая позволяет регулировать ее прочность. |
|
|
|
|
|
|
|
Разделы //
Новости по странам //
Сегодня у нас публикуются //
|
|
