Вторичные керамические материалы в бетонах: современные достижения и перспективы

Введение. Объем строительных отходов в России достигает миллионов тонн в год, значительную часть из этого объема составляет керамический кирпич. Вторичное использование керамических отходов представляет собой перспективное направление для повышения экологической устойчивости и снижения затрат в строительстве. В данной работе рассматриваются современные исследования по применению вторичных керамических материалов в качестве различных компонентов бетонных смесей.

Цель. Анализ результатов исследований, опубликованных за последние пять лет, посвященных влиянию вторичных керамических материалов на физико-механические свойства бетонов.

Материалы и методы. Рассмотрены результаты ряда научных исследований, посвященных влиянию различных пропорций замены традиционных заполнителей и цемента на керамические отходы. Включены данные по прочности бетона на сжатие, изгиб, растяжение, его обрабатываемости, термическому сопротивлению, водопроницаемости и долговечности.

Результаты. Установлено, что частичная замена заполнителей (до 50 %) и цемента (до 15 %) на керамические отходы может улучшать механические свойства бетона, в частности прочность на сжатие и изгиб. При этом увеличивается термическое сопротивление, но могут наблюдаться снижение текучести и рост водопроницаемости. Оптимальные соотношения зависят от фракционного состава керамических отходов и их обработки.

Выводы. Применение вторичных керамических материалов в бетонах является перспективным направлением, способствующим снижению стоимости строительных материалов и повышению их эксплуатационных характеристик. Для эффективного использования необходимо учитывать параметры замещения и дополнительно применять модифицирующие добавки.

1. Jawad A. A review on ceramic waste-based concrete: A step toward sustainable concrete / A. Jawad, W.J. Alattyih, Y. Mohammed, M. Alqurashi, N. GarciaTroncoso. Reviews on advanced materials science, 2023, vol. 62, no. 1, p. 20230346. DOI: https://doi.org/10.1515/rams-2023–0346.

2. Goyal R.K., Agarwal V., Gupta R., Rathore K., Somani P. Optimum utilization of ceramic tile waste for enhancing concrete properties. Materials Today: Proceedings, 2022, vol. 49, p. 1769–1775. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.08.011

3. Wang Y., Wang J., Deng Z., Xiao J. Studying Thermal and Mechanical Properties of Recycled Concrete by Using Ceramic Aggregate. Sustainability, 2023, vol. 15, no. 3. DOI: https://doi.org/10.3390/su15032642.

4. Sharma V. Use of Waste Ceramic as Aggregate in Concrete. International Journal for Research in Applied Science and Engineering Technology, 2022, vol. 10, no. 1, pp. 641–646. DOI: https://doi.org/10.22214/ijraset.2022.39883

5. Harikaran M., Kulanthaivel P., Krishnaraja A.R., Murugan P.C. Performance enhancement of concrete by using ceramic waste as a partial replacement for coarse aggregate. Journal of Ceramic Processing Research, 2023, vol. 24, no. 2, pp. 266–273. DOI: https://doi.org/10.36410/jcpr.2023.24.2.266.

6. Meillyta M., Wahyuni W., Fahmi Z. Mechanical Behaviour of Self-Compacting Concrete Using Ceramic Waste. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2023, vol. 1140, no. 1, p. 012024. DOI: https://doi.org/10.1088/1755–1315/1140/1/012024

7. Mohammed H., Ahmed S. Mechanical Performance Evaluation of Concrete with Waste Coarse Ceramic Aggregate. Lecture Notes in Civil Engineering. Singapore: Springer, 2020, vol. 58, pp. 593–605. DOI: https://doi.org/10.1007/978–981–15–2545–2_49.

8. Daniel R.J., Sangeetha S.P. Experimental Study of the Effect of Ceramic Waste Powder on the Mechanical and Structural Properties of Concrete: A Sustainable Approach. SSRG International Journal of Civil Engineering, 2023, vol. 10, no. 10, pp. 7–18. DOI: https://doi.org/10.14445/23488352/IJCE-V10I10P102.

9. Harikaran M., Boopathi S., Rajkannan M., Gokulakannan S. Impact analysis of ceramic tile powder aggregates on self-compacting concrete. Engineering Research Express, 2023, vol. 5, no. 2. DOI: https://doi.org/10.1088/2631–8695/acde48.

10. Mujib J.M.S., Maruf Hasan M. Mujib J.M.S. Investigation on Fire Resistance of Concrete Incorporating Recycled Ceramic Fine Aggregate. Lecture Notes in Civil Engineering, 2022, vol. 215, pp. 417–434. DOI: https://doi.org/10.1007/978–981–16–7924–7_27.

11. Bhavsar J.K., Panchal V. Ceramic Waste Powder as a Partial Substitute of Fly Ash for Geopolymer Concrete Cured at Ambient Temperature. Civil Engineering Journal, 2022, vol. 8, no. 7, pp. 1369–1387. DOI: https://doi.org/10.28991/CEJ-2022–08–07–05.

12. Santos Barreto E. et al. Dos Clay ceramic waste as pozzolan constituent in cement for structural concrete. Materials, 2021, vol. 14, no. 11, p. 2917. DOI: https://doi.org/10.3390/ma14112917.

13. Lee Y.L., Lim S.K., Lim M.H. Effect of Ceramic Dust as Partial Replacement of Cement on Lightweight Foamed Concrete. International Journal of Integrated Engineering, 2021, vol. 13, no. 4, pp. 304–312. DOI: https://doi.org/10.30880/ijie.2021.13.04.029.

14. Ramachandran G., Puvitha M., Sathiyapriya M., Sivagami C. Experimental Study on Concrete By Partial Replacement of Cement Using Ggbs and Nanoparticles. International Journal of Advance Research and Innovation, 2019, vol. 6, no. 4, pp. 1–7.

15. Abou Rachied T., Dbouk F., Hamad B., Assaad J.J. Structural behavior of beams cast using normal and high strength concrete containing blends of ceramic waste powder and blast furnace slag. Cleaner Materials, 2023, vol. 7, p. 100179. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clema.2023.100179.

16. Ghonaim S., Morsy R. Utilization of Ceramic Waste Material as Cement Substitution in Concrete. Buildings, 2023, vol. 13, no. 8, pp. 1–13. DOI: https://doi.org/10.3390/buildings13082067.

17. Elemam W.E., Agwa I.S., Tahwia A.M. Reusing Ceramic Waste as a Fine Aggregate and Supplemental Cementitious Material in the Manufacture of Sustainable Concrete. Buildings, 2023, vol. 13, no. 11, p. 2726. DOI: https://doi.org/10.3390/buildings13112726.