Цементные напольные плитки на основе отходов керамики и шин для экранирования ЭМИ

Преобразование мусора в защитные плитки

Современная жизнь зависит от электроники — от вышек сотовой связи до домашнего Wi‑Fi — но излучаемые ими сигналы могут мешать чувствительному оборудованию и вызывать опасения по поводу долгосрочного воздействия. Одновременно города тонут в разбитой керамической плитке, изношенных автомобильных шинах и пыли с металлических мастерских. В этом исследовании рассматривается способ решить обе проблемы сразу: превратить эти распространённые отходы в прочные цементные напольные и кровельные плитки, которые не только экономят ресурсы, но и помогают блокировать нежелательные электромагнитные волны.

Почему важны отходы из строительства и автомобилей

Строительные и сносные работы производят горы керамической плитки для стен и полов, которая не разлагается, не пригодна для простого повторного использования на месте и обычно оседает на свалках. Старые шины — ещё одна головная боль: примерно 1,5 миллиарда покрышек ежегодно достигают конца срока службы, занимают место и создают риски возгораний и загрязнения. В то же время промышленность даёт тонкие опилки и порошки железа как побочный продукт резки и шлифовки металла. Каждый из этих потоков отходов по‑отдельности представляет проблему; вместе они — огромный неиспользованный ресурс. Исследователи в Египте поставили задачу смешать все три типа отходов в новые цементные плитки, рассчитанные на наружное применение, особенно на крышах в местах с сильными электромагнитными излучениями.

Как изготавливают и испытывают новые плитки

Команда собрала керамический лом от ремонта ванных и кухонь, измельчила его в тонкие порошки из настенной и напольной плитки и смешала с крошкой резины из отработанных шин и местным отходным железным порошком. Эти ингредиенты заменяли часть природного песка, обычно используемого в цементном растворе. Отливали небольшие кубы и балки, выдерживали до 28 дней, а затем испытывали на ключевые свойства, определяющие пригодность плитки для реальных зданий: плотность, водопоглощение и сопротивление изгибу и сжатию. Микроскопы и рентгеновские методы изучали внутреннюю структуру и минералогический состав, а сверхчувствительные приборы измеряли электрическую проводимость и способность образцов блокировать микроволны в X‑диапазоне, частоты которого актуальны для радаров и систем связи.

Баланс прочности, лёгкости и поглощения воды

Результаты показали, что простое добавление керамических и резиновых отходов делает цемент легче, но также более пористым. По мере увеличения доли этих отходов плотность снижалась, а водопоглощение росло — признак появления дополнительных пустот в материале. Это может быть полезно для получения более лёгких плиток, но чрезмерная пористость ослабляет их. Переломным моментом стал отходный железный порошок. При введении небольших количеств этого сверхтонкого металлического порошка он заполнял микропустоты между зернами цемента и частицами отходов, создавая более плотную и однородную внутреннюю структуру. Плитки с примерно 10 процентами железного компонента достигали более высокой прочности на сжатие и изгиб по сравнению со стандартными цементными смесями, а водопоглощение возвращалось к приемлемым уровням. Микроскопические снимки подтвердили более гладкий, плотнее упакованный матрикс в образцах с добавлением железа.

От простых плиток к невидимым щитам

Кроме базовой прочности, исследование сосредоточилось на превращении этих плиток в функциональные щиты против рассеянных электромагнитных волн. Обычный цемент ведёт себя как электрический изолятор, но добавление железного порошка подвигло материал в слегка проводящую, «антистатическую» область, пригодную для покрытий, где статический заряд должен безопасно рассеиваться. Для дополнительного повышения экранирования исследователи встроили тонкую металлическую сетку в плитки. Испытания на частоте 10 GHz показали, что сама по себе сетка может отражать около 99 процентов входящего излучения. В сочетании с частицами отходного железа, равномерно распределёнными по всему цементу, эффективность экранирования взлетела: некоторые составы достигали примерно 48 дБ ослабления, что соответствует блокировке 99,99 процента и более падающей электромагнитной энергии.

Что это значит для зданий и планеты

Практически исследование демонстрирует, что кровельные и напольные плитки из переработанной керамики, резины шин и железных отходов могут соответствовать или превосходить стандартные механические характеристики и при этом обеспечивать встроенную защиту от электромагнитных помех. Лучшие смеси соответствуют египетским и европейским стандартам для наружных цементных плиток, что делает их реальными кандидатами для использования на зданиях рядом с сотовыми вышками, промышленными объектами или чувствительной электроникой. Заменяя часть природного песка обломками от сноса и промышленными отходами, подход сокращает потребность в первичном сырье, снижает выбросы углерода, связанные с добычей, и отводит стойкие отходы от свалок. Для непрофессионала вывод прост: исследователи показали, как повседневный мусор можно превратить в умные строительные материалы, которые незаметно защищают оборудование и людей от невидимого электронного шума.

Цитирование: Ramadan, R.M., Shafik, E.S., Youssef, N.F. et al. Cement floor tiles based on waste ceramic and waste tires for EMI shielding. Sci Rep 16, 13904 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48682-1

Ключевые слова: экранирование ЭМИ, переработанные строительные материалы, резина от отслуживших шин, отходы керамической плитки, цементные композиты