Композиционные вяжущие с использованием продуктов рециклинга строительных материалов

Введение. Современное строительство сталкивается с необходимостью экономии природных ресурсов и сокращения объемов строительных отходов, ежегодно образующихся в количестве десятков миллионов тонн в России и странах СНГ. Особенно актуальной проблема утилизации становится в условиях восстановления территорий, пострадавших от военных действий, таких как ЛНР и ДНР и новые регионы Российской Федерации, где разрушенные здания представляют собой как экологическую угрозу, так и потенциальный источник вторичного сырья. Разработка технологий для производства композиционных вяжущих на основе продуктов рециклинга, таких как бой керамзитобетона, является стратегически важной задачей, позволяющей решать экологические проблемы, снижать затраты на восстановление и ускорять темпы строительства.

Цель написания статьи. Целью исследования является разработка и обоснование применения композиционных вяжущих на основе портландцемента с использованием тонкоизмельченного боя керамзитобетона (КБ) в качестве минеральной добавки. Задачи включают изучение влияния удельной поверхности (400 и 1000 м²/кг) и массовой доли добавки (5, 15, 25%) на физико-механические свойства вяжущих, такие как нормальная густота, плотность и прочность цементного камня, для определения оптимального состава.

Материалы и методы. В качестве исходных материалов использовались: портландцемент ЦЕМ I 42,5 (Новоросцемент), кварцевый песок и бой керамзитобетона (КБ). Получение композиционных вяжущих осуществлялось путем совместного помола цемента с предварительно дробленным (фракция 0,14–1,25 мм) КБ до удельной поверхности 400 и 1000 м²/кг. Исследования проводились в соответствии со стандартными методами испытаний в лабораториях Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. Определялись нормальная густота, плотность и прочность на сжатие (в возрасте 7, 14 и 28 сут) образцов-кубов размером 3×3×3 см. При подборе составов руководствовались «законом структурного сродства», предполагающим, что совместимость компонентов по составу и структуре обеспечивает лучшие эксплуатационные свойства.

Обсуждение и заключение. Экспериментальные исследования подтвердили, что введение боя керамзитобетона в состав вяжущего позволяет снизить нормальную густоту (водопотребность) и повысить прочность цементного камня при оптимальных параметрах. Наилучшие результаты показал состав с 15% добавки КБ, измельченного до удельной поверхности 1000 м²/кг (состав 5), который достиг максимальной прочности на сжатие – 76,34 МПа на 28 сут, что превышает прочность контрольного образца (70,94 МПа). Это связано с высокой реакционной способностью тонкоизмельченных частиц, способствующих формированию более плотной и однородной структуры. Использование грубодисперсной фракции (400 м²/кг) или превышение дозировки до 25% приводит к снижению прочностных характеристик. Таким образом, оптимальным является введение 15% тонкоизмельченного (Sуд=1000 м²/кг) боя керамзитобетона, что позволяет эффективно замещать цемент без потери качества и улучшать эксплуатационные свойства вяжущего.

1. Володченко А.А., Лесовик В.С. Состояние и перспективы использования техногенного сырья // Региональное сотрудничество БРИКС: вопросы рационального природопользования – экология, просвещение, туризм: материалы Международной научно-практической конференции: тезисы докладов, Петрозаводск, 14–15 сентября 2023 года. Петрозаводск: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Карельский научный центр Российской академии наук», 2023. С. 15–16.

2. Ищенко А.В., Твердохлебова Е.А. Обзор современных технологий утилизации отходов строительного производства // Инженерный вестник Дона. 2024. № 3(111). С. 1–13.

3. Сборщиков С.Б., Лазарева Н.В. Теоретические основы и практики реализации реинжиниринга в строительстве // Вестник МГСУ. 2024. № 11.

4. Баруздин А.А., Закревская Л.В., Николаева К.А. Композиционный материал на основе техногенных отходов // Эксперт: теория и практика. 2023. № 2 (21).

5. Лесовик В.С., Елистраткин М.Ю., Сальникова А.С., Фомина Е.В. Композиционное вяжущее с энергосберегающим сырьем для высокопрочного бетона // Промышленные процессы и технологии. 2023. Т. 3, № 2(9). С. 7–17. Https://doi.org/10.37816/2713-0789-2023-3-2(9)-7-17

6. Ельчищева Т.Ф., Ерофеева И.В. Композиционное вяжущее для изготовления бетонов и растворов // Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений: тезисы докладов VIII Международного симпозиума, Тамбов, 17–21 мая 2023 года. Тамбов: ИП Чеснокова А.В., 2023. С. 348–349.

7. Fu J., Kamali-Bernard S., Bernard F., Cornen M. Comparison of mechanical properties of C-S-H and portlandite between nano-indentation experiments and a modeling approach using various simulation techniques // Hydration kinetics and rheological behavior // Construction and Building Materials. 2018. Т. 184. С. 304–310.

8. Аласханов А.Х. Полифункциональные строительные композиты на основе техногенного сырья: дисс. ... д-ра техн. наук: 05.23.05. ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный технический университет». Грозный, 2023. 478 с.

9. Arbi Alaskhanov, Valery Lesovik, Alexander Tolstoy; “Green” composites based on technogenic raw materials. AIP Conf. Proc. 24 May 2023; 2758 (1): 020022. https://doi.org/10.1063/5.0145717

10. Du J., Meng W., Khayat K.H., Bao Y., et al. New development of ultra-high-performance concrete (UHPC). Compos. Part B Eng. 2021; 224: 109220.

11. Cigala R.M., Papanikolaou G., Lanzafame P., Sabatino G., Tripodo A., La Ganga G., Crea F., Ielo I., De Luca G. Transforming Waste into Sustainable Construction Materials: Resistant Geopolymers from Recycled Sources. Recycling 2025. 10, 118. https://doi.org/10.3390/recycling10030118

12. Аль-Мансури Н., Хади М.Н.С., Аравинтан Т. Механические свойства лёгкого бетона, армированного полипропиленовым волокном Barchip, на основе вторичного дроблёного лёгкого керамзитового заполнителя // Frontiers in Materials. 2021. Т. 8. Ст. 753619. Https://doi.org/10.3389/fmats.2021.753619

13. Lesovik V., Zagorodnyuk L., Babaev Z. Dzhumaniyazov Z. Ceramic Road-Brick for Side-Walk Pavement in the Regional Surrounds of the Aral Sea. Glass and Ceramics.2023. Https://doi.org/80.10.1007/s10717-023-00560-2

14. Петкогло В.Н., Пунцель И.Я., Кравченко С.А., Постернак А.А. Основны оптимизации подбора состава керамзитобетона для монолитного строительства // Актуальные научные исследования в современном мире. 2020. № 4-1(60). С. 171–179.

15. Лесовик В.С. Геоника (геомиметика). Примеры реализации в строительном материаловедении: монография. Белгород : Изд-во БГТУ, 2014. 195 с.

16. Лесовик Р.В., Ахмед А.А.А., Аль Мамури С.К.Ш., Гунченко Т.С. Композиционные вяжущие на основе бетонного лома // Вестник БГТУ имени В.Г. Шухова. 2020. № 7. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kompozitsionnye-vyazhuschie-na-osnove-betonnogo-loma (дата обращения: 25.09.2025)

17. Лесовик В.С., Шеремет А.А., Чулкова И.Л., Журавлева А.Э. Геоника (геомиметика) и поиск оптимальных решений в строительном материаловедении // Вестник СибАДИ. 2021. Т. 18, № 1 (77). С. 120.

18. Аласханов А.Х., Таймасханов Х.Э., Сайдумов М.С., Муртазаева Т.С.А. Современные подходы к разработке многокомпонентных вяжущих с использованием техногенного сырья // Вестник ГГНТУ. Технические науки. 2022. Т. 18, № 1(27). С. 63–70. Https://doi.org/10.34708/GSTOU.2022.50.97.008

19. Сулейманов К.А., Лесовик В.С., Погорелова И.А., Рябчевский И.С. Исследование макропористой структуры ячеистого бетона // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2024. №. 3. С. 8–16. Https://doi.org/https://doi.org/10.34031/2071-7318-2024-9-3-8-16

20. Махортов Д.С., Загороднюк Л.Х., Сумской Д.А., Аль Мамури С.К.Ш. Получение вяжущих композиций оптимальных составов на основе портландцемента и отходов боя керамического кирпича // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2022. № 7. С. 19–30. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2022-7-7-19-30 EDN: QZAHQL

21. Lesovik V.S., Glagolev E.S., Elistratkin M.Yu., Podgorniy D.S. On the Issue of Measuring the Strength of Additively Manufactured Concrete // Lecture Notes in Civil Engineering. 2021. Vol. 147. P. 104–110.

22. Chen J., Gao N., Wu J., Shan G., et al. Effects of the charge density of anionic copolymers on the properties of fresh cement pastes. Constr. Build. Mater. 2020; 263: 120207

23. Толстой А.Д., Лесовик В.С., Новиков К.Ю. Высокопрочные бетоны на композиционных вяжущих с применением техногенного сырья // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2016. № 2 (17).

24. Tahwia, A.M., Abdellatief, M., Salah, A. et al. Valorization of recycled concrete powder, clay brick powder, and volcanic pumice powder in sustainable geopolymer concrete. Sci Rep 15, 11049 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-93598-x