Учёные Дона создали прочный бетон из отходов

В Южном федеральном университете (ЮФУ) разработали новую программу, которая позволяет подбирать состав экологичного бетона для 3D‑печати зданий. Алгоритм помогает находить такие рецептуры строительных смесей, которые включают максимальное количество отходов, сохраняя при этом высокую прочность материала. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале.

Исследование было направлено на создание алгоритма, обеспечивающего компромисс между экологичностью и прочностью бетона, особенно для применения в технологиях 3D‑печати зданий. К бетонам на основе отходов предъявляются особые требования: материал должен легко подаваться через сопло при печати, равномерно выходить и быстро сохранять форму для выдерживания следующих слоев. Поэтому разработчики учитывали не только конечную прочность, но и пригодность смесей для непрерывной и стабильной печати.

Как отметила один из авторов программы, ведущий научный сотрудник ЮФУ Екатерина Кравченко, при оценке прочности 3D‑печатного бетона важно учитывать его послойную структуру, качество сцепления между слоями и то, как меняются механические свойства в зависимости от направления нагрузки.

Новая программа позволяет заметно снизить потребление природных ресурсов в строительстве за счет частичного замещения классических компонентов строительными отходами. Такой подход уменьшает затраты на добычу материалов и возвращает большое количество отходов снова в производство.

По мнению авторов, использование алгоритма существенно ускорит процесс разработки новых рецептур для 3D‑печати, сократит расход сырья, снизит число необходимых лабораторных экспериментов и уменьшит время на подбор оптимального состава. Материалы, созданные с помощью программы, можно применять для внутренних перегородок, фасадных элементов, малых архитектурных форм (например, клумб или скамеек), а также для отдельных компонент малоэтажных зданий.

Как отмечает заведующая кафедрой почвоведения и оценки земельных ресурсов ЮФУ Татьяна Минкина, задача заключается в том, чтобы максимально использовать вторичное сырье из строительных отходов и сократить применение природного песка, но при этом не терять прочность бетона. Алгоритмы машинного обучения позволяют находить наилучший баланс между этими требованиями.

В будущем команда ЮФУ намерена продолжить исследования по созданию экологичных строительных материалов для 3D‑печати городской инфраструктуры, в том числе для вертикального озеленения. По словам Минкиной, цель — сделать города более "зелёными" не только за счёт озеленения в вертикальной плоскости, но и за счёт применения экологичных, низкоуглеродных технологий в самом строительстве.

Работа выполнена при поддержке программы "Приоритет‑2030" Южного федерального университета.