Влияние очищенных сточных вод на механические свойства и долговечность бетона

Почему повторное использование воды в бетоне важно

С ростом городов и усилением климатических нагрузок обеспечение чистой воды становится сложнее. Одновременно строительная отрасль использует огромные объемы пресной воды для замешивания и ухода за бетоном. В этом исследовании поставлен практический вопрос с большими последствиями: можно ли использовать безопасно очищенные сточные воды вместо питьевой при приготовлении бетона без потери прочности и долговечности? Ответ может помочь снизить нагрузку на запасы пресной воды и при этом сохранить безопасность зданий и инфраструктуры.

Преобразование использованной воды в строительный ресурс

Исследователи изучали бетон, приготовленный с тремя типами воды: обычной водопроводной и двумя образцами очищенных сточных вод из разных очистных сооружений Египта. Все три воды соответствовали общим требованиям по качеству, но различались по содержанию растворенных солей, тонкодисперсных частиц и других компонентов. Команда замешивала бетон на каждом типе воды, затем выдерживала образцы либо в водопроводной воде, либо в очищенных сточных водах, чтобы имитировать реальные практики строительства в регионах с дефицитом воды.

Как бетон показал себя в испытаниях на прочность

Команда оценивала удобоукладываемость свежего бетона и его прочность с течением времени при сжатии, растяжении и на жесткость. Применение очищенных сточных вод делало свежую смесь менее подвижной, в основном потому, что дополнительные тонкие частицы в воде фактически уменьшали доступное «свободное» количество воды для текучести. В раннем возрасте бетон, замешанный или выдержанный в очищенных сточных водах, показывал более низкую прочность на сжатие по сравнению с бетоном на водопроводной воде. Однако с возрастом эти различия уменьшались и становились незначительными к 60–90 дням. Одна из очищенных вод, более богатая растворенными веществами, даже приблизилась по прочности к контрольной смеси — вероятно, потому что тонкие твердые частицы заполняли микропустоты внутри затвердевшего бетона.

Что показало исследование о долговременной стойкости

Помимо базовой прочности, исследователи проверяли, насколько легко вода и ионы хлора могут проникать в бетон, поскольку это движение влияет на образование трещин и повреждений в долгосрочной перспективе. Они измеряли водопоглощение, глубину проникновения под давлением, проницаемость хлоридов и скорость влагопоглощения по капиллярам. Для большинства этих испытаний эффекты применения очищенных сточных вод были умеренными, и одна из смесей с очищенной водой показала почти такие же результаты, как и бетон на водопроводной воде. Микроскопические изображения подтвердили эти выводы: контрольный бетон имел наиболее плотную внутреннюю структуру, тогда как лучшая из смесей на очищенной воде демонстрировала более организованную кристаллическую сеть по сравнению с менее удачной смесью.

Скрытый риск для стали внутри бетона

Там, где очищенные сточные воды вызывали обеспокоенность, — это защита стальных арматурных стержней в железобетоне. В ускоренных испытаниях на коррозию сталь, залитая в бетон, приготовленный с очищенными сточными водами, теряла заметно больше массы, чем сталь в контрольной смеси. Это наблюдалось даже при том, что уровни хлоридов в сточных водах были в пределах принятых норм. Исследователи указывают на общую концентрацию растворенных веществ и, как следствие, повышенную электропроводность как возможные причины, что может упростить инициирование и распространение коррозии, даже если другие показатели долговечности выглядят приемлемыми.

Что это означает для будущих практик строительства

Для широкого читателя главный вывод заключается в том, что безопасно очищенные сточные воды способны дать бетон с почти такой же прочностью и базовой долговечностью, как бетон на питьевой воде, особенно в старшем возрасте. В то же время они склонны повышать риск коррозии стальной арматуры. Исследование предполагает, что очищенные сточные воды — перспективный вариант для бетона без стали, например, для некоторых блоков, тротуаров и не несущих элементов. При тщательном контроле качества воды и дальнейшем изучении влияния её компонентов на коррозию очищенные сточные воды могут стать важным инструментом для экономии драгоценной пресной воды в строительстве.

Цитирование: Abdelazim, O., Abdel-Latif, I., Ismail, S. et al. Impact of treated wastewater on the mechanical properties and durability of concrete. Sci Rep 16, 15497 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-52561-0

Ключевые слова: очищенные сточные воды, долговечность бетона, рециркулированная вода, коррозия стали, устойчивое строительство