Исследование прочностных свойств бетона, армированного кокосовым волокном, с добавлением измельчённого кирпичного боя в качестве замены песка

Преобразование строительных отходов в полезный ресурс

По мере роста городов увеличивается и гора строительного мусора от сносов и ремонтов. Брошенные кирпичи и песок, взятый из рек, — это скрытые издержки современной застройки: повреждённые ландшафты, переполненные свалки и высокие выбросы углерода. В этом исследовании рассматривается простая, но значимая идея: можно ли перемолоть кирпичный бой и совместить его с кокосовыми волокнами, чтобы получить привычный бетон, который одновременно прочен и более экологичен?

Почему переосмысление бетона важно

Бетон — основа наших дорог, домов и мостов, и для его производства требуется огромное количество природного речного песка и энергоёмкий цемент. В то же время разбитые кирпичи со старых зданий часто просто сваливают или закапывают. Исследователи поставили цель связать эти две проблемы: можно ли заменить часть песка в стандартной бетонной смеси тонкоизмельчённым кирпичным порошком и помогут ли кокосовые волокна — тонкие нити из кокосовой оболочки — повысить сопротивляемость бетона растрескиванию и агрессивным химикатам. В случае успеха такой подход сэкономит природный песок, даст вторую жизнь строительным отходам и использует возобновляемое растительное волокно, распространённое в тропических регионах.

Как испытывали новую смесь

Команда начала с обычного класса бетона, применяемого во многих зданиях. Они заменяли до 40% природного песка кирпичным порошком, полученным путём дробления и помола отслуживших кирпичей до тонких частиц. Также в смесь вводили кокосовое волокно в разных объёмах — от 0,5% до 2% — используя короткие волокна, выступавшие в роли крошечных армирующих «стяжек» внутри бетона. Были отлиты и отверждены в воде десятки образцов, после чего оценивали текучесть свежей смеси, прочность на сжатие, изгиб и растяжение, а также устойчивость к длительному воздействию сильных кислотных растворов, имитирующих агрессивные среды. Это позволило определить не только эффективность новых компонентов, но и комбинацию, дающую наилучший баланс прочности, удобоукладываемости и долговечности.

Поиск оптимума прочности и долговечности

Результаты показали, что умеренные добавки кирпичного порошка и волокна дают значимый эффект. Замена 10% песка только на кирпичный порошок слегка увеличивала прочность по сравнению с обычным бетоном, вероятно, потому что тонкие частицы заполняют микропустоты и участвуют в медленных химических реакциях, уплотняющих внутреннюю структуру. Когда эта замена в 10% сочеталась с 1% кокосового волокна, улучшения стали заметными. Прочность на дробление превысила нормативные требования, но наибольшие выигрыши наблюдались при изгибе и растягивающих нагрузках. Предел прочности при изгибе вырос примерно на две пятых, а прочность при расщеплении — примерно на треть, что свидетельствует о том, что волокна эффективно сшивали образующиеся мелкие трещины. Более высокие доли кирпичного порошка или волокна, однако, усложняли работу со смесью и немного снижали прочность, показывая, что «чем больше» не всегда лучше.

Противостояние агрессивному химическому воздействию

Кроме чистой прочности, исследование оценивало, как смесь поведёт себя в кислых условиях, например в промышленных или загрязнённых средах, где конструкции могут постепенно разъедаться. Образцы выдерживали в течение 60 дней в сильных растворах соляной и серной кислот. Обычный бетон потерял наибольшую массу и прочность, показывая значительные внутренние разрушения. Напротив, смесь с 10% кирпичного порошка и 1% кокосового волокна потерпела наименьшие потери и по массе, и по прочности. Более плотная структура, образованная тонкими частицами кирпича, затрудняла глубокое проникновение кислот, а кокосовые волокна помогали держать материал вместе и ограничивали рост трещин. Даже после продолжительного воздействия оптимизированная смесь сохраняла уровни прочности выше типичных требований для рассматриваемого класса бетона.

Что это значит для будущих зданий

Для неспециалистов суть очевидна: тщательно подобранные количества молотого кирпичного боя и кокосовых волокон могут дать стандартный бетон не менее прочный, чем традиционные смеси, более устойчивый к растрескиванию и кислотному воздействию и требующий меньше природного песка. Вместо того чтобы считать разбитые кирпичи бесполезным мусором, этот подход превращает их в ценный компонент, а кокосовое волокно добавляет прочности с помощью недорогого растительного материала. Хотя требуется дополнительная проверка длительной эксплуатации в реальных зданиях и с различными источниками кирпичного боя, это исследование указывает на более циркулярное будущее строительства, где вчерашний мусор помогает возводить более устойчивые и прочные здания завтрашнего дня.

Цитирование: Palaniappan, M., Anandaraj, S., Murugesan, T. et al. Study on the strength properties of coir fiber reinforced concrete containing waste brick powder dust as sand replacement. Sci Rep 16, 11932 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42480-5

Ключевые слова: устойчивый бетон, измельчённый кирпичный бой, кокосовое волокно, переработка строительных отходов, долговечные строительные материалы