Оценка ценности порошка из отходов бетона как устойчивой замены известняковой мути в обычном бетоне: пример из Португалии

Превращение отходов бетона в полезный ресурс

Бетон — основа современных городов, но он имеет значительную экологическую цену. Производство цемента, основного компонента бетона, сопровождается большими выбросами углекислого газа, а огромные объёмы использованного и испытательного бетона оказываются в виде отходов. В этом исследовании изучают, можно ли тонкий порошок, полученный из дроблёных образцов бетона после испытаний (обычно выбрасываемых после проверки качества), безопасно заменить частью цемента, которая сейчас заполняется тонко помолотым известняком. Если это удастся, те же бетонные заводы, где образуются эти отходы, смогут превратить их в полезный ингредиент, уменьшая одновременно выбросы и количество отправляемого на свалки материала.

От разбитых контрольных кубиков до тонкого порошка

На заводе товарного бетона в Португалии ежегодно отливают и разрушают тысячи кубических образцов для проверки прочности, что генерирует примерно 200 тонн отходов бетона на завод. Вместо того чтобы считать это мусором, в исследовании дополнительно раздробили полученные фрагменты в барабанной мельнице и просеяли их до состояния тонкого порошка. Этот порошок из образцов бетонных испытаний затем использовали для замены части цемента в небольших образцах раствора и полноразмерных бетонных смесях в уровнях от 10 до 30 процентов в растворах и от 10 до 20 процентов в бетонах. Для сопоставления те же уровни замены проверяли и с привычной известняковой мутью, которую сейчас используют многие производители.

Как новые смеси показали себя в лаборатории

Инженеры сначала проверили, какой прочности достигают эти смеси со временем. При замене до 10 процентов цемента порошком из отходов полученные растворы и бетоны достигали прочности при сжатии, близкой к эталонной смеси и к смесям на основе известняка. Однако при более высоких долях замены прочность заметно снижалась, особенно при 20 и 30 процентах, поскольку просто становилось меньше активного цемента, связывающего смесь. Смеси с известняком оставались несколько прочнее смесей с порошком из бетона, в основном потому, что частицы известняка были мельче и укладывались плотнее, но при замене в 10 процентов разница была невелика.

Вода, соли и внутренняя структура

Исследование также изучало, как вода и соли проникают через бетон, поскольку эти процессы сильно влияют на долговечность. При умеренной замене в 10 процентов и известняковая мути, и порошок из бетона снижали скорость впитывания воды поверхностью, что указывает на то, что тонкие частицы помогали заполнить и уплотнить мелкие поры у поверхности. При более высоких уровнях замены этот эффект исчезал и общая пористость увеличивалась, что облегчало проникновение воды и особенно ионов хлора, например из противогололёдных реагентов или морского тумана. Микроскопические и минералогические анализы подтвердили эти выводы: они показали, что и известняк, и порошок из отходов бетона в основном ведут себя как инертные заполнители, способствуя раннему развитию кристаллов, но сами по себе мало участвуют в химических реакциях. Частицы порошка из бетона были более крупными и неправильной формы, что приводило к немного более рыхлой внутренней структуре по сравнению со смесями на известняке.

Влияние на климат и циркулярное использование материалов

Поскольку цемент является крупнейшим источником выбросов в бетоне, любое снижение его доли может уменьшить углеродный след смеси. С помощью оценки жизненного цикла исследователи рассчитали выбросы CO2 на кубометр бетона. Замена 20 процентов цемента либо известняковой мутью, либо порошком из образцов снизила совокупные выбросы примерно на 17 процентов по сравнению с эталонной смесью. Когда эти выбросы сопоставляли с достигнутой прочностью, все смеси укладывались в узкую полоску производительности, показывая, что существенная экономия CO2 возможна без чрезмерной потери прочности при условии умеренных уровней замены.

Что это означает для будущего бетона

Для неспециалиста главный вывод в том, что отходы от рутинных испытаний бетона можно превратить в полезный компонент, частично заменяющий цемент. При примерно 10-процентной замене этот переработанный порошок сохраняет прочность и базовую долговечность на уровне, сопоставимом с текущей практикой, одновременно помогая снижать выбросы и избегать захоронения на свалках. Если увеличить долю замены слишком сильно, бетон становится слабее и более проницаемым. Работа предлагает практический, ближайший шаг к более циркулярному и климатически ориентированному бетону: измельчать отходы, которые заводы и так производят ежедневно, и возвращать их в новые смеси, тщательно ограничивая долю замены там, где эксплуатационные показатели остаются надёжными.

Цитирование: Özkan, H. Valorization of waste concrete powder as a sustainable substitute for limestone fines in conventional concrete: a case study from Portugal. Sci Rep 16, 15701 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46343-x

Ключевые слова: отходы бетона, замена цемента, известняковая мути, циркулярная экономика, углеродный след