Влияние очищенной промывной воды с заводов по производству товарного бетона на свойства и долговечность бетона

Почему важна потребность бетона в воде

За каждым новым зданием, мостом или дорогой скрывается невидимая цена: огромные объёмы чистой питьевой воды. Только производство бетона потребляет, по оценкам, примерно 16 % мировых запасов пресной воды, в то время как во многих регионах существуют трудности с обеспечением безопасной воды для людей и сельского хозяйства. В этом исследовании рассматривается простая, но мощная идея — можно ли очистить грязную воду, оставшуюся после промывки бетоновозов, и повторно использовать её для приготовления нового бетона — сокращая отходы, экономя пресную воду и при этом сохраняя безопасность и долговечность сооружений?

Преобразование сточных вод в ресурс

На заводах товарного бетона после каждой партии нужно промывать машины и миксеры, что даёт сильно щёлочную, мутную «промывную воду», насыщенную частицами цемента и песка. Утилизация этой воды дорого обходится и может вредить почвам и рекам, если её просто сливать. Исследователи собрали эти сточные воды на заводе в Египте и сначала пропустили их через тонкое сито, чтобы удалить крупные взвеси. После этой базовой обработки вода изменилась с тёмно-коричневой на бледно-жёлтую, что свидетельствует о значительном снижении количества взвешенных частиц. Химические анализы показали, что несмотря на высокую щёлочность, обработанная вода соответствует ключевым пределам безопасности, установленным международными стандартами для использования в качестве вода-замесителя в бетоне.

Как проводились испытания

Чтобы оценить поведение этой обработанной промывной воды на практике, команда разработала пять составов бетона. Один использовал только обычную питьевую воду, а в остальных 25 %, 50 %, 75 % или 100 % этой воды были заменены обработанной промывной водой. Во всех составах использовались одинаковые цемент, песок и щебень, без дополнительных химических добавок, помимо уже растворённых в промывной воде веществ. Исследователи измеряли удобоукладываемость свежего бетона (с помощью знакомого теста на осадку конуса), а также прочность после затвердевания, проверяя как прочность на сжатие (насколько он выдерживает сжимающие нагрузки), так и прочность при растяжении при расщеплении (поведение при растягивающих или растрескивающих усилиях). Также проводили тест электрического сопротивления, который пропускает слабый ток через бетон для оценки лёгкости проникновения коррозионных агентов — быстрый индикатор долговечности и риска коррозии арматуры.

Компромисс между прочностью и долговечностью

Испытания выявили чёткую закономерность. С введением промывной воды свежий бетон стал менее подвижным: осадка уменьшилась примерно вдвое по сравнению с составом на чистой питьевой воде. Это снижение удобоукладываемости связано с большим количеством мелких частиц в промывной воде, которые впитывают свободную воду и делают смесь более жёсткой. По прочности умеренные уровни замены показали удивительно хорошие результаты. На 7-й день смеси с 25 % и 50 % промывной воды показали потерю прочности на сжатие менее 10 %, что укладывается в допустимые нормы египетских строительных кодексов. На 28-й день смесь с 50 % была по сути такой же прочной, как контроль, тогда как при 25 %, 75 % и 100 % наблюдались потери прочности до примерно 18 %. Поведение при растяжении следовало похожей тенденции: при замене до 50 % бетон сопротивлялся растрескиванию примерно так же, как контроль, но при 75 % и 100 % прочность при растяжении снизилась примерно на одну пятую.

Неожиданное улучшение долгосрочной защиты

Хотя прочность несколько падала при более высоких уровнях замены, индикаторы долговечности фактически улучшались. Электрическое сопротивление возрастало с увеличением доли обработанной промывной воды — примерно на 44 % при 25 % замены, на 60 % при 50 % и вплоть до шестикратного роста при полной замене. Большее сопротивление означает, что ионам, таким как хлориды, сложнее перемещаться по бетону, что обычно замедляет коррозию арматуры. Исследователи связывают это с эффектом «микро-заполнителя»: очень тонкие частицы из промывной воды помогают закупорить мелкие поры и делают внутренние каналы более извилистыми, затрудняя проникновение воды и солей. Одновременно обработанная вода оставалась щёлочной с низким содержанием хлоридов и сульфатов, создавая химическую среду, благоприятную для сохранения защитного состояния арматуры.

Что это значит для будущего строительства

Чтобы помочь инженерам применить эти выводы, команда разработала простые математические формулы, прогнозирующие, насколько снизится прочность на сжатие при заданном уровне замены промывной водой. В пределах протестированного диапазона эти уравнения хорошо согласовывались с экспериментальными результатами. В целом исследование делает вывод, что замена до половины воды-замесителя на обработанную промывную воду может быть безопасно применена на заводах товарного бетона без существенной потери прочностных характеристик, одновременно улучшая устойчивость к коррозии. При этом требуются лишь простые этапы обработки, такие как осаждение и тонкая фильтрация, что позволит заводам сократить потребление пресной воды, уменьшить сброс загрязнённых стоков и поддержать глобальные цели устойчивого развития — всё это без значительных изменений в существующих методах производства бетона.

Цитирование: Shamseldein, A., Amr, M. & Attia, F. Impact of treated wash water from ready mix concrete plants on concrete properties and durability. Sci Rep 16, 8493 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39590-5

Ключевые слова: устойчивый бетон, рециркулируемая промывная вода, заводы товарного бетона, долговечность бетона, сохранение воды