Ученые нашли «рецепт» прочного и экологичного аналога строительного бетона

Исследователи из Института химии силикатов имени И.В. Гребенщикова — филиала НИЦ «Курчатовский институт» (Санкт-Петербург) определили, что скорость затвердевания геополимера и прочность получаемого материала зависят в первую очередь от формы частиц сырья.

Авторы сформировали образцы геополимеров из трех вариантов частиц размерами от 0,1 до 17 микрометров: в виде пластин, трубок и сфер. Исходные материалы нагрели до 750°С и смешали с щелочным раствором-активатором, который запустил сшивание частиц в длинные прочные сети полимера.

Оказалось, что частицы в форме трубок обеспечивают самую быструю полимеризацию: в этом случае раствор становился более плотным — подобным гелю — всего за 40 минут. Для сравнения, у частиц в форме сфер этот процесс занял 110 минут, а у пластин — 120 минут.

Самыми прочными также оказались геополимеры на основе трубчатых частиц — они выдержали давление 85 мегапаскалей, что в полтора раза выше, чем у самого распространенного строительного бетона. Образцы на основе пластинчатых частиц не разрушились при давлении 56 мегапаскалей, а сферических — только при 47 мегапаскалей. Различия в прочности связаны со структурой геополимеров: трубчатые частицы «укладываются» упорядоченным образом, помогая материалу выдерживать большие нагрузки.

Таким образом, изменяя форму частиц сырья, можно точно управлять скоростью затвердевания раствора, а также прочностью и структурой конечного геополимера. Это важно для получения материалов с предсказуемым и настраиваемым «поведением», востребованных в современном строительстве, особенно в условиях Арктики.