Улучшение свойств вторичных заполнителей из бетона и керамики с помощью нанопокрытия из оксида графена

Превращение строительного мусора в ресурс

При сносе зданий образуются горы битого бетона и кирпича. Большая часть этих отходов все еще оказывается на свалках, хотя могла бы заменить гравий и камень, добываемые в карьерах для нового бетона. В этом исследовании изучается прием на наноуровне — использование ультратонких листов оксида графена — чтобы заставить эти переработанные фрагменты вести себя похожим образом на качественный природный камень, открывая путь к более прочным, долговечным и экологичным зданиям.

Почему старый бетон и кирпич трудно повторно использовать

Переработанные фрагменты бетона и керамики внешне во многом похожи на гравий, применяемый в свежем бетоне, но они впитывают гораздо больше воды. Их поверхности шершавые и пористые, полные микротрещин и пустот, особенно в частицах, содержащих старую цементную пасту или обожженную глину. Высокая водопоглощаемость затрудняет инженерам контроль за текучестью и твердением нового бетона, а со временем создаёт дополнительные пути для проникновения воды и агрессивных веществ. В результате строгие строительные нормы часто ограничивают долю вторичных материалов, даже в регионах, таких как Европейский союз, которые активно продвигают более циркулярную, менее ресурсоёмкую строительную индустрию.

Тонкая защитная пленка из углеродных слоев

Исследователи проверяли, может ли оксид графена — углеродный материал, состоящий из листов всего в несколько атомов толщиной — выступать в роли защитной кожуры для вторичных заполнителей. Они работали с двумя типами крупного заполнителя, взятыми непосредственно на перерабатывающем предприятии: один преимущественно из дроблёного бетона и другой — из битой керамики (кирпичи и плитка). Оба образца погружали всего на десять минут в водную суспензию оксида графена, а затем сушили в печи при низкой температуре. Во время такой обработки часть жидкости проникает в поры, а плоские хлопья оксида графена прикрепляются к внутренним стенкам и внешней поверхности, формируя очень тонкое, но непрерывное покрытие.

Как сделать мусор менее «жадным» к воде и более прочным

После нанесения покрытия команда сравнила поведение обработанных и необработанных частиц в нескольких простых, но показательных испытаниях. Сначала они измерили, сколько воды могут впитать заполнители. Обработка оксидом графена сократила водопоглощение примерно на одну пятую для частиц из бетона и на одну четверть для керамических, причём более пористая керамика получила наибольшую выгоду. Важно отметить, что общий вес частиц не увеличился; фактически он слегка снизился, поскольку этап погружения смыл рассыпчатую пыль — то есть улучшение объясняется блокировкой пор и улучшением свойств поверхности, а не добавлением массы.

Устойчивость к сильной вибрации и внимательному осмотру

Чтобы проверить, насколько прочно покрытие держится, заполнители многократно подвергали воздействию ультразвуковых волн в воде — жёсткой процедуре, склонной срывать с поверхности слабо прикреплённые частицы. Обработанные частицы теряли заметно меньше материала, чем необработанные — около на 17 % меньше потерь для бетонных и на 25 % меньше для керамических — что свидетельствует о лучшей консолидации поверхностей. Снимки с высоким увеличением подтвердили эти данные: оксид графена образовал тонкую, повторяющую рельеф пленку на шершавых поверхностях, одновременно выстилая и частично заполняя внутренние поры. Это уменьшило объём самых мелких пор, которые в основном отвечают за втягивание воды, при этом покрытие оставалось достаточно тонким, чтобы сохранить естественную шероховатость, способствующую хорошему сцеплению с новым бетоном.

От лабораторной обработки к более экологичному строительству

В совокупности эти результаты показывают, что простая обработка «погружение и сушка» с низкой дозой оксида графена может сделать вторичные бетонные и керамические заполнители менее водопоглощающими и более устойчивыми к повреждениям поверхности. Поскольку метод напоминает дополнительную операцию мойки, авторы утверждают, что его можно интегрировать в существующие технологические цепочки перерабатывающих предприятий с умеренными затратами и незначительным увеличением климатического воздействия бетона. При масштабном внедрении такие нано‑тонкие покрытия могли бы помочь превратить сегодняшний строительный мусор в надежное сырьё завтрашнего дня, сократив потребность в новой добыче и уменьшив экологический след строительного сектора.

Цитирование: Antolín-Rodríguez, A., García-González, J., Guerra-Romero, M.I. et al. Performance improvements of recycled concrete and ceramic aggregates using graphene oxide nanocoating. Sci Rep 16, 12971 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42362-w

Ключевые слова: вторичный бетон, оксид графена, отходы строительства, нанопокрытие, устойчивые строительные материалы