Оценка прочности и экологических последствий бетона, изготовленного с использованием очищенных промышленных сточных вод

Почему важно превращать сточные воды в воду для строительства

Бетон повсеместно используется в современной жизни — в домах, мостах, школах и больницах. Но производство всего этого бетона требует больших объёмов чистой питьевой воды в то время, когда во многих регионах уже возникают проблемы с её дефицитом. В этом исследовании изучается простая, но многообещающая идея: можно ли безопасно заменить пресную воду при приготовлении бетона и раствора тщательно обработанными промышленными сточными водами, не ослабив конструкции и не навредив окружающей среде?

От заводских стоков до стройплощадок

Исследователи работали с двумя реальными типами очищенных промышленных сточных вод: одна — от текстильного предприятия, другая — от пищевого производства. Кроме того, в лаборатории создали растворы с известным содержанием меди и цинка, чтобы изучать поведение тяжёлых металлов отдельно. Сначала измеряли базовые параметры качества воды, включая соли, органические вещества и содержание металлов, и сравнивали результаты с национальными и международными пределами для воды, пригодной для замеса бетона. Большинство показателей укладывались в допустимые нормы, хотя в промышленных водах было больше органики по сравнению с питьевой водой.

Как вел себя сам бетон

Команда приготовила три серии бетона: одну на обычной питьевой воде и две — на очищенных заводских водах. Проверяли удобоукладываемость свежего бетона и прочность через дни и месяцы. Удобоукладываемость практически не изменилась. Прочность на сжатие, отражающая способность материала нести сжимающую нагрузку, снизилась менее чем на 10 процентов при использовании обработанных вод. Прочности на растяжение при расколе и на изгиб, связанные с трещинообразованием и гибкостью, уменьшились менее чем на 5 процентов. Эти небольшие потери оставались в пределах строительных норм и в обычных условиях не требовали изменения расчётов конструкции.

Что происходит внутри пор

Долговечность бетона сильно зависит от движения воды и растворённых веществ через его микропоры. В этом исследовании бетон, приготовленный на обработанных сточных водах, фактически меньше впитывал воду капиллярно, вероятно потому, что органические соединения частично закупоривали самые тонкие поры. При этом тесты на быструю проницаемость хлоридов показали слегка повышенный электрический заряд в образцах, приготовленных на текстильной воде, что указывает на более интенсивное движение ионов в поровом растворе. Рентгеновская дифракция подтвердила умеренные изменения в кристаллических продуктах гидратации цемента, согласующиеся с лёгкими замедлениями, вызванными примесями.

Проверка безопасности для людей и окружающей среды

Чтобы оценить, могут ли вредные металлы со временем вымываться, исследователи изготовили цементные пасты и растворы с синтетическими растворами меди и цинка. Они измеряли времена схватывания и прочность, а затем проводили ускоренные испытания на выщелачивание: образцы находились в воде, а выделившиеся металлы отслеживались в течение нескольких дней. Когда концентрации тяжёлых металлов сохранялись на уровне 0,5 грамма на литр или ниже, раствор терял менее 10 процентов прочности, а времена схватывания по-прежнему соответствовали нормативам. При превышении этого порога прочность падала слишком сильно, а задержки схватывания становились недопустимыми. Тем не менее тесты на выщелачивание показали, что более 94 процентов цинка оставалось связанным в цементной матрице, и лишь небольшая доля попадала в окружающую воду.

Что это значит для будущего использования воды в строительстве

Проще говоря, работа показывает, что хорошо очищенные промышленные сточные воды могут заменить питьевую воду во многих смесях бетона и раствора с небольшим влиянием на прочность и склонность к растрескиванию, при этом тяжёлые металлы в значительной степени остаются запертыми в затвердевшем материале. При условии регулярного тестирования воды и поддержания уровня металлов ниже чётких пределов, её использование в конструкционном бетоне является технически оправданным и экологически безопасным. Такой подход может помочь строительным проектам сэкономить тысячи литров ценной пресной воды, снизив нагрузку на ограниченные ресурсы и при этом обеспечив долговечную и надёжную инфраструктуру.

Цитирование: Mohsen, S., Shamseldein, A., hany Wadie, E. et al. Performance and environmental assessment of concrete made with treated industrial wastewater. Sci Rep 16, 15062 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-50807-5

Ключевые слова: очищенные промышленные сточные воды, долговечность бетона, выщелачивание тяжёлых металлов, устойчивое строительство, повторное использование воды