Исследователи Университета Флиндерса превращают отходы горнодобывающей промышленности в мощный инструмент устойчивого строительства, доказывая, что высококачественные строительные материалы можно получать из неожиданных источников.

Доктор Алиакбар Голампур из Колледжа науки и техники Университета Флиндерса раскрыл перспективные возможности использования редкоземельного побочного продукта в производстве бетона, который может помочь изменить будущее строительных материалов.

Исследование посвящено делитированному β-сподумену (DβS), побочному продукту литиевой очистки, который обладает пуццолановыми свойствами, то есть вступает в химические реакции, повышая прочность и долговечность бетона. Исследование показывает, что при использовании в геополимерных вяжущих DβS может значительно улучшить механические характеристики и долговременную устойчивость.

«Изучая микроструктурное поведение геополимеров на основе DβS при различных соотношениях щелочных активаторов, мы получили важные сведения об их пригодности в качестве экологически устойчивого ингредиента для бетона», — говорит доктор Голампур.

Воздействие обычного бетона на окружающую среду

Обычный бетон является наиболее производимым изделием в мире и наиболее широко используемым строительным материалом: ежегодно его потребляют 25 миллиардов метрических тонн. Однако на его производство расходуется около 30% невозобновляемых природных ресурсов, он выбрасывает в атмосферу около 8% парниковых газов и составляет до 50% свалок.

Создание экологически чистой альтернативы обычному бетону без ущерба для прочности и долговечности позволит существенно сократить потребление природных ресурсов, количество отходов и выбросов.

Результаты исследований и более широкие последствия

Результаты новых исследований доктора Голампура и его команды проливают свет на эффективность использования DβS в качестве альтернативы летучей золе (побочному продукту сжигания угля) при создании геополимерных связующих. Они также определяют оптимальный диапазон щелочных соотношений для использования в геополимерах.

«Этот подход не только улучшает механические свойства и долговечность геополимерного бетона, но и решает растущую экологическую проблему, предотвращая попадание DβS на свалки», — говорит доктор Голампур.

«Поскольку очистка лития приводит к увеличению объёмов DβS, возможность его повторного использования в строительстве представляет собой устойчивое решение, которое позволит сократить объём промышленных отходов, предотвратить потенциальное загрязнение почвы и грунтовых вод, а также поддержать циклическую экономику в горнодобывающей промышленности и строительстве».

Результаты исследований — « Расширенная характеристика отвержденной при комнатной температуре геополимерной пасты с делитированным β-сподуменом: влияние соотношения Na2SiO3 к NaOH на эксплуатационные характеристики и микроструктуру » и « Реакции, эволюция фаз и микроструктура отвержденного при комнатной температуре геополимера с делитированным β-сподуменом » — были опубликованы в журналах Materials and Structures и Journal of Materials in Civil Engineering.

Это основано на важной серии исследовательских работ, опубликованных в этом году исследовательской группой доктора Голампура, — от тестирования альтернативных составов улучшенных строительных материалов до более эффективного использования 3D-печати бетона.

К ним относятся: « Влияние волокон полипропилена и поливинилспирта на механическое поведение и долговечность геополимеров, содержащих свинцовый шлак: тестирование, оптимизация и оценка жизненного цикла » (опубликовано в журнале Construction and Building Materials ); « Интерпретируемая модель машинного обучения XGBoost-SHAP для надежного прогнозирования механических свойств экологически чистого бетона на основе отходов формовочного песка » (опубликовано в журнале Results in Engineering ); и « Надежная гибридная экстремальная обучающая машина-метаэвристическая структура для улучшенного прогнозирования прочности бетона, армированного фиброй, напечатанного на 3D-принтере » (опубликовано в журнале Results in Engineering).

Авторы также объединились с экспертами из Вьетнама, Кореи и Алжира для публикации статьи « Разработка надежной модели экстремального градиентного усиления с интерпретацией на основе SHAP для прогнозирования глубины карбонизации в бетоне с переработанным заполнителем » в журнале Artificial Intelligence Review.

В совокупности эти исследования демонстрируют комплексный и дальновидный подход к инновациям в области устойчивого строительства.

От повторного использования местных промышленных отходов, таких как DβS, до интеграции передовых моделей машинного обучения и технологий 3D-печати, исследовательская группа доктора Голампура прокладывает путь к более интеллектуальным, экологичным и устойчивым строительным материалам и технологиям.

«Эти результаты не только способствуют снижению воздействия на окружающую среду и потребления ресурсов, но и повышают производительность, предсказуемость и адаптивность бетонных систем следующего поколения», — говорит доктор Голампур.