Бетон - очень популярный строительный материал, причем настолько, что один из его ключевых ингредиентов - песок в последнее время становится все более дефицитным ресурсом. Поэтому сейчас ученые изучают возможность замены песка стеклянными отходами, которые в противном случае оказались бы на мусорных полигонах.

3D-печатная скамейка, изготовленная из бетона, в котором вместо песка использовалось измельченное стекло. Nanyang Technological University

Несмотря на то, что стекло считается материалом, поддающимся вторичной переработке, зачастую его просто выбрасывают. Это может быть связано с отсутствием оборудованных перерабатывающих предприятий или с тем, что стеклянные отходы чаще всего представляют собой многочисленные фрагменты, которые слишком малы для эффективной сортировки по цвету - а именно такая сортировка является обязательным условием переработки.

В поисках путей утилизации непереработанного стекла, исследователи из Наньянского технологического университета в Сингапуре рассмотрели возможность его использования в качестве замены песка, обычно применяемого в 3D-печатных бетонных конструкциях. В конечном итоге, стекло состоит из кремнезема, который является основным компонентом песка.

Для своего исследования ученые измельчили стеклянные отходы на пять различных фракций (крупную, среднюю, мелкую, сверхмелкую и пылеобразную) чтобы использовать их вместо песка или гравия, которые часто используются в качестве наполнителя для бетона. Затем измельченное стекло соединили с двумя другими ингредиентами - цементом и водой.

В результате из полученной смеси с помощью 4-осевого роботизированного 3D-принтера была напечатана L-образная бетонная скамья высотой 40 см. После затвердевания конструкции выяснилось, что прочность нового материала практически не отличается от характеристик традиционного бетона с добавлением песка. Исследователи обнаружили, что залитый бетон: "не деформируется, не распадается на фракции, остается гибким и пластичным до полного затвердевания, а также обладает достаточной текучестью и легко проходит через сопло принтера".

Дополнительным преимуществом является то, что стекло является менее гигроскопичным материалом, чем песок, что позволяет снизить количество воды используемое в процессе строительства.

"Наше исследование показало, что переработанное стекло может быть использовано для замены практически 100 процентов песка при изготовлении бетона методом 3D-печати", - говорит ведущий ученый Эндрю Тинг. " Результатом является бетонная скамья с механической прочностью, отвечающей принятым в промышленности стандартам". Учитывая, что песок исчерпывается гораздо быстрее, чем он может быть восполнен естественным путем, перспектива использования переработанного стекла в строительстве становится все более привлекательной".

Исследование описано в статье, которая недавно была опубликована в журнале Journal of Building Engineering.

Как показало исследование 2019 года, проведенное учеными из австралийского Университета Дикина, стекло может с успехом заменить песок и в обычном строительстве не использующем технологию 3D-печати.

Источники: Nanyang Technological University, Journal of Building Engineering.

(https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2352710222001048)(https://www.ntu.edu.sg/news/detail/recycled-glass-waste-replaces-sand-in-3d-printing)