Ученые превратили отходы в устойчивый к плесени стройматериал

❋ 4.6

По данным ВОЗ от 10-50% всех жилых домов в мире поражены плесенью. Чаще всего она возникает из-за высокой влажности (ванные, кухни, плохая вентиляция). Решением может стать материал из фосфогипса (отход производства фосфорной кислоты), которого в России накапливается 14 миллионов в год, а перерабатывается только 15%. Ранее его использование ограничивалось из-за низкой влаго- и морозостойкости, а также биокоррозии. Ученые Пермского Политеха нашли возможность применения этого сырья в строительных материалах за счет введения специальных органоминеральных добавок.

ПНИПУ

# гипс

# дома

# отходы

# плесень

# строительные материалы

В ПНИПУ создали уникальный стройматериал из отходов, который решит проблему плесени / © michael schaffler, Unsplash

Плесень — одна из наиболее частых проблем, с которой сталкиваются жители многоквартирных и частных домов. Чаще всего она появляется из-за высокой влажности, особенно в ванных комнатах, кухнях и плохо проветриваемых помещениях. Черные или серые пятна не только портят вид, но и представляют угрозу для здоровья, вызывая аллергии, астму и другие респираторные заболевания. Источниками влаги являются готовка, стирка, душ, протечки и конденсат, а герметичные пластиковые окна и недостаточная вентиляция усугубляют проблему, создавая идеальные условия для роста грибка.

Особую опасность также представляют современные отделочные материалы — обои, гипсокартон, деревянные панели, клеи, которые содержат органические вещества, служащие питательной средой для плесени. Даже обычная пыль может содержать достаточно органики для роста грибка.

Инновационным подходом к решению этой проблемы может стать изготовление стеновых изделий из фосфогипса — отхода, образующегося при производстве фосфорной кислоты. В России его ежегодное образование составляет около 14 миллионов тонн, а совокупное количество накопленного материала превышает 140 миллионов тонн. Несмотря на значительные запасы, данный ресурс практически не используется повторно — лишь около 15% от общего количества отправляется на переработку.

Из-за низкой стоимости были попытки использовать этот вторичный продукт в сельском хозяйстве, дорожном строительстве и производстве строительных материалов. Но из-за существующих проблем: недостаточной устойчивостью к воде, морозу и биологической коррозии под воздействием микроорганизмов и грибков при повышенной влажности, — он разрушается. Из-за этого использование данного сырья при производстве строительных материалов ограничено. Однако огромное количество накопленного фосфогипса требуют поиска способов улучшения его характеристик и разработки эффективных технологий переработки.

Путем комплексного исследования ученые Пермского Политеха определили возможность применения этого сырья в строительных материалах за счет введения органоминеральных добавок, повышающих его влагостойкость и устойчивость к биоповреждениям.

С помощью рентгеновского анализа был определен минералогический состав фосфогипса, выявивший доминирующее содержание гипса (94,94%) — компонента с низкой устойчивостью к биологическому воздействию и подверженного коррозии. Для повышения долговечности и снижения деградации исходного сырья были созданы экспериментальные образцы с органоминеральными модифицирующими добавками. В их состав входит многофункциональный порообразователь ИА 1215 (индивидуальные вещества или смеси, предназначенные для получения газонаполненных материалов) и кальцийсодержащие карбонаты и щелочи.

Экземпляры обработали спорами плесени и поместили в идеальные для развития микроорганизмов условия: на агаровую питательную среду (специальное желеобразное вещество, благоприятное для развития грибов) и во влажную почву при температуре 30°C. Этот метод аналогичен посадке семян в плодородную землю для наблюдения за их прорастанием. Если материал обладает устойчивостью, рост грибов на его поверхности отсутствует, в противном случае образец быстро покрывается плесенью.

— По истечению 28 дней мы проверили результаты. Пробы без добавок были сильно поражены плесенью — ее было видно невооруженным глазом, и по шкале оценки (0–5) это соответствовало пяти баллам. А вот образцы с модифицирующими добавками показали минимальные признаки поражения: под микроскопом наблюдалось лишь незначительное развитие грибницы, что соответствует 0–1 баллу. Дополнительно измерили кислотность фосфогипса — она оказалась слабощелочной (уровень pH 8.0), — рассказал Виталий Шаманов, декан строительного факультета ПНИПУ, кандидат технических наук.

Важным дополнительным защитным свойством продукта стала его слабощелочная реакция (pH 8.0), сравнимая с пищевой содой. Такая среда создает неблагоприятные условия для развития микроорганизмов, поскольку большинство видов плесени, включая те, что развиваются на хлебе, древесине и других органических субстратах, предпочитают нейтральную или кислую среду с pH 5-7.

В результате испытаний было установлено, что модифицированные образцы сохраняют структурную целостность при влажности до 85%, в отличие от обычного гипса, который начинает разрушаться уже при 60-65% влажности. К тому же, бюджетная доступность материала дополнительно усиливает его преимущества, поскольку фосфогипс является побочным продуктом промышленного производства.

Благодаря улучшенным свойствам усовершенствованный состав обладает высокой устойчивостью к биоповреждениям и подходит для производства строительных блоков, панелей, или в качестве наполнителя в отделочных и штукатурных составах. Оптимален для внутренних стен и перегородок в жилых, общественных и промышленных зданиях, особенно в помещениях с повышенной влажностью (кухни, санузлы, бассейны), где традиционные материалы подвержены плесени. Срок службы нового материала будет более чем в два раза превышать срок службы существующих аналогов.

Разработанная технология позволит эффективно утилизировать промышленные отходы, сокращая объемы их складирования, и одновременно производить строительные продукты с повышенными эксплуатационными характеристиками и увеличенным сроком службы по сравнению с традиционными аналогами (гипсокартон, пазогребневые гипсовые плиты).

Результаты исследования опубликованы в научной статье.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.