Ученые НГУ создают экологичню альтернативу цементу для дорожного строительства

Производство портландцемента, остающегося основным вяжущим в строительной отрасли, вносит значительный вклад в глобальные выбросы парниковых газов, составляя, по оценкам, около 8% антропогенных выбросов CO2. В области стабилизации грунтов и дорожного строительства перспективной альтернативой традиционным цементам являются геополимерные вяжущие.

Эффективность их применения зависит от свойств обрабатываемого грунта. Ученые Карбонового полигона Новосибирского государственного университета установили решающие параметры и разработали технологические подходы, позволяющие прогнозировать и повышать эффективность стабилизации. Результаты работы, опубликованные в журнале Applied Clay Science, создают научно-технологическую основу для внедрения геополимерных материалов в строительную практику.

Геополимеры — это связующие материалы, получаемые щелочной активацией алюмосиликатного сырья. Их производство сопровождается существенно меньшими (до 80%) выбросами углекислого газа по сравнению с портландцементом. Это делает геополимеры одной из наиболее перспективных экологических альтернатив в строительной отрасли. Однако переход к широкому использованию геополимеров в геотехнической практике требует системного понимания их поведения в различных грунтовых условиях.

Авторы статьи провели систематическое исследование шести модельных грунтов с контролируемым изменением минерального состава и содержания органического вещества. Лучшие результаты по показателю прочности на сжатие в возрасте 28 суток были получены на укрепленных геополимером минеральных грунтах — супесях и легких глинах (26-31 МПа). Тяжелые глины, несмотря на сложности, связанные с высокой пластичностью и набухаемостью, в итоге также развили высокую прочность. При этом органическое вещество действовало как ограничивающий фактор: его увеличение последовательно снижало прочностные показатели, а в торфяном грунте эффективность стабилизации оказалась близка к 2 МПа. Авторы связывают это с разрушением минерального остова и подавлением процессов структурообразования органическими веществами, которые снижают доступность реакционноспособных компонентов и препятствуют формированию прочной связующей матрицы.

Наше исследование представляет собой системную оценку влияния состава грунта на эффективность геополимерной стабилизации. Мы не только подтверждаем их высокую эффективность на минеральных грунтах, но и определяем границы применимости, что особенно важно для органических и торфяных грунтов. Это создает основу для развития отечественного производства низкоуглеродных вяжущих материалов для дорожного строительства и выхода на внешние рынки углеродных единиц, — отметил директор Климатического центра НГУ кандидат физико-математических наук Георгий Лазоренко.

Работа ученых Карбонового полигона НГУ вносит вклад в развитие низкоуглеродных технологий, востребованных при реализации климатических проектов на глобальном уровне. В 2024 г. международная организация Verra, оператор добровольного углеродного рынка, выпустила методологию VMR0012, которая официально признает производство геополимерного цемента инструментом снижения выбросов. Это позволяет реализовывать соответствующие климатические проекты с выпуском верифицированных углеродных единиц. Россия, обладающая значительными запасами алюмосиликатного сырья, может использовать эти разработки для реализации климатических проектов и выхода на глобальные углеродные рынки.

В НГУ разрабатывают настольный плазменный активатор для 3D-печати и электроники