Влияние строительных и сносных отходов на характеристики устойчивого легкого конструкционного бетона на основе LC3

Преобразование строительного щебня в прочные новые конструкции

Ежегодно горы битого кирпича и бетона сносимых зданий накапливаются на свалках, в то время как производство нового цемента выбрасывает в атмосферу больше диоксида углерода, чем почти любой другой строительный материал. В этом исследовании ставится своевременный вопрос: может ли вчерашний щебень стать завтрашним низкоуглеродным легким строительным материалом — достаточно прочным для реальных конструкций, а не только для заполнения? Авторы показывают, как тщательно обработанный кирпичный и бетонный отходы могут заменить значительную часть наиболее загрязняющей составляющей цемента, сократив выбросы и при этом соответствуя международным нормам для конструкционного бетона.

Почему важен более легкий и экологичный бетон

Скрытая цена бетона — его масса и климатический след. Более тяжелые конструкции требуют больше материалов в колоннах и фундаментах, а производство обычного цемента сопровождается большими выбросами парниковых газов. Легкий бетон помогает за счет снижения «собственной» нагрузки зданий, что позволяет делать элементы тоньше и фундаменты меньше, а это, в свою очередь, экономит материалы и энергию. Одновременно строительные и сносные отходы — особенно старые кирпичи и бетон — создают собственную экологическую проблему при простом захоронении. В этой работе объединены эти две задачи: исследуется, могут ли отходы одновременно облегчить бетон и сократить потребность в новом цементе.

От щебня к строительным блокам

Команда сосредоточилась на новом, более низкоуглеродистом вяжущем — известково‑обожженно‑глинистом цементе, или LC3. Вместо того чтобы в основном полагаться на традиционный цементный клинкер, LC3 сочетает его с известняковой пылью и термически обработанной глиной. В этом исследовании авторы заменили обычные ингредиенты материалами из отходов: мелкоизмельченная кирпичная пыль заняла место специальной глины, а переработанная бетонная пыль — место известняковой пыли. Старые кирпичи также дробились и использовались как мелкий и крупный заполнитель, а небольшое количество воздухововлекающей добавки вводило крошечные пузырьки для дополнительного уменьшения веса. В сумме было приготовлено девять различных бетонных смесей, все с одинаковыми базовыми пропорциями воды, вяжущего и кирпичного заполнителя, но с разным количеством и типами порошков из отходов.

Испытания прочности, долговечности и теплоустойчивости

Чтобы оценить, были ли эти смеси чем‑то большим, чем просто экологические эксперименты, исследователи подвергли их строгому комплексу испытаний. Они измеряли удобоукладываемость свежего бетона, плотность после высыхания и как звуковые волны проходят через него — показатель внутреннего качества. Отслеживали прирост прочности на сжатие за 7, 28 и 90 дней и проверяли, соответствует ли материал требованиям как конструкционный легкий бетон по европейским нормам. Долговечность исследовали, вымачивая образцы в агрессивном растворе сульфата магния до шести месяцев — имитатор агрессивных почв и морской воды — и подвергая их нагреву до 200 и 400 °C, чтобы смоделировать пожар или высокотемпературное воздействие. Также проверяли водопоглощение и общий объем пор, поскольку более пористый, «жадный» бетон обычно уязвим со временем.

Как показал себя бетон на основе отходов

Удивительный результат заключается в том, что смеси с дробленой кирпичной пылью в вяжущем вели себя очень похоже на смеси с более рафинированной коммерческой глиной: наблюдалось лишь незначительное снижение прочности и умеренный рост водопоглощения. Даже при замене до 60% клинкера все эти бетоны достигали 28‑суточной прочности примерно от 24 до 38 мегапаскалей и сухой плотности от 1650 до 1850 кг/м3 — что комфортно укладывается в диапазон для конструкционного легкого бетона. Переработанная бетонная пыль оказалась более грубой заменой известняковой: бетоны с ней были несколько слабее и более пористы, что отражает более неправильную, пористую природу этого отхода. Тем не менее каждая смесь, использовавшая порошки из отходов и кирпичные заполнители, соответствовала порогу для конструкционного применения. В целом смеси на основе LC3 хорошо выдерживали жесткие условия, теряя менее 0,7% массы при длительном сульфатном воздействии и сохраняя более 80% прочности после нагрева до 400 °C.

Что это значит для будущих зданий

Для неспециалистов главный вывод таков: бетон, сделанный преимущественно из перемолотого кирпича и старого бетона в сочетании с тщательно настроенным низкоуглеродным вяжущим, может быть одновременно легким и достаточно прочным для реальных зданий. Есть компромиссы: смеси с большим количеством отходов поглощают больше воды и при использовании переработанной бетонной пыли утрачивают часть прочности по сравнению с лучшими обычными смесями. Но они по‑прежнему соответствуют конструкционным нормам, заменяя значительную часть наиболее углеродоемкого цемента и давая вторую жизнь сносным материалам. Это указывает на будущее, в котором скелеты новых зданий могут быть выполнены из остатков старых, сокращая выбросы, экономя сырье и уменьшая объем строительных отходов без ущерба для безопасности и эксплуатационных характеристик.

Цитирование: Sadik, E.K., Elrahman, M.A., Eltawil, K.A. et al. Impact of construction and demolition wastes on the performance of sustainable LC³-based structural lightweight concrete. Sci Rep 16, 13397 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48036-x

Ключевые слова: устойчивый бетон, переработка строительных отходов, легкий бетон, низкоуглеродистый цемент, переработанный кирпич и бетон