16-20 сентября 2019 года в столице Чешской Республики в Пражском конгресс-центре состоялся XV Международный конгресс по химии цемента. На конгрессе было представлено 416 докладов более 1500 учеными из 49 стран со всех континентов планеты. Работа конгресса проходила с заслушиванием 22 пленарных и секционных докладов по проблемам, которые с незначительными отклонениями были традиционными [1]:
1 - технология и химия клинкера,
2 - гидратация, структура и термодинамика портландцемента,
3 - минеральные добавки,
4 - альтернативные вяжущие и их применение,
5 - бетонная смесь и бетон,
6 - долговечность бетона,
7 - методы испытаний – стандартизация и новые подходы.
Как и на XIV конгрессе в Пекине, на XV наибольшее число докладов было представлено учеными из Китая – 63 и Германии – 60. Следующие места по числу докладов заняли ученые стран: Испания, США, Франция, Япония, Швейцария, Великобритания, Индия и т.д. 50% докладов на XV конгрессе были представлены в соавторстве ученых от 2 до 4 стран. От России было представлено 4 доклада с участием авторов настоящей статьи. Участие ученых, научных и производственных организаций России на XV конгрессе снизилось по сравнению с XIV конгрессе в Пекине в 3 раза.
Ниже приведен обзор отдельных докладов и затронутых в них актуальных проблем.
В докладе K.Scrivener (Швейцария) о достижениях в изучении механизма гидратации цемента были представлены результаты исследований, подтверждающие доказательность гипотезы «растворения, управляемого перенасыщением» (согласно которой на поверхности C3S оболочка не образуется, а дезактивируются активные участки растворения), объясняющей возникновение индукционного периода, предложенной взамен традиционной, основанной на возникновении тонкого слоя зародышей C-S-H.
B.Lottenbach (Швейцария) посвятила свой доклад представлению термодинамического моделирования как эффективного метода исследования механизмов и состава продуктов гидратации как моно- и мультикомпозиционных портландцементов, содержащих от 2 до 4 компонентов, так и альтернативных видов цементов.
В докладе P.J.M.Monteiro (США) о достижениях в области изучения микроструктуры цементного камня были отмечены важность совершенствования методов исследования для развития науки и технологии современного бетона. Наряду с совершенствованием таких хорошо известных методов как сканирующая и трансмиссионная электронная микроскопия, микрокомпьютерная томография, рентгеновский анализ, существенный прогресс достигнут в области рентгеновской микроскопии, в особенности в сочетании с психографией (вычислительный метод микроскопической визуализации). H1 ЯМР позволил обнаружить новые данные об иерархической структуре пор в цементном камне. Числовая голографическая микроскопия позволила изучить на нароуровне процессы гидратации.
М.Schneider (Германия) в докладе «Цементная промышленность на пути к низко эмиссионному будущему отметил следующие моменты. Цемент продолжит играть важную роль в будущем устойчивом развитии общества, его производство возрастает из-за увеличивающейся численности населения планеты, продолжающейся урбанизации и развития инфраструктуры. Цементная промышленность занимает третье место по потреблению энергию и является источником 7% выбросов СО2 от мировых обьемов.
Традиционными мерами снижения выбросов СО2 являются: повышение теплоэнергоэффективности, переход на альтернативные виды топлива взамен органического ископаемого топлива, снижение соотношения клинкер/цемент за счет использования минеральных добавок, альтернативные виды цемента, улавливание и утилизация СО2.
Chatterjee A. (Индия) в своем докладе об альтернативных видах топлива привел обзор результатов многочисленных исследований возможности использования в качестве таковых отходов – сельского хозяйства, пищевой, нефтяной, металлургической, текстильной, автомобильной и дорожной промышленностей, бытовые отходы. Автор доклада подчеркнул, что цементная промышленность потребляет 7% промышленной энергии, а мировое использование альтернативных видов топлива с 5% по состоянию на 2014 год может возрасти до 17.5% к 2030 году, но для эффективной утилизации отходов необходимо создание единой стратегии и правил управления отходами с приоритетом эффективной утилизации перед хранением и сжиганием, адаптация успешного международного опыта.
Проблема, затронутая в докладе ученого из Индии, в части возможности использования промышленных отходов как источника альтернативного топлива имеет и мировую значимость в связи с тем, что общий годовой объем отходов в мире составляет 200 млрд.т [2]. Эта проблема очень актуальна и для России, в которой к началу 2018 года таких отходов накопилось 6.2 млрд.т, из которых перерабатывается всего 4%. В Швеции объем ежегодной переработки образующихся отходов составляет 99%. В частности, в одном из представленных на конгресс российских докладов приведены сведения о разработанной энергосберегающей технологии получения бесклинкерного вяжущего на основе отходов углеобогащения и отсевов карбонатных пород. Значительные объемы различных промышленных твердых отходов применяются и в качестве минеральных добавок в цементы, строительные растворы и бетоны.
Juenger M.C.G. (США) в докладе «Минеральные добавки: новые виды, характеристика, свойства» отметила, что замещение клинкера минеральными добавками и рациональное проектирование состава бетона – самые эффективные способы снижения выбросов СО2. При этом следует учесть, что это и определенные способы энергосбережения. В докладе сообщается, что рынок зол уменьшается, например, 40% в угольных электростанциях США за последние пять лет были закрыты, Великобритания планирует закрыть все станции к 2025 году, а Нидерланды к 2030 году. Кроме того, известно [3], что шлаки и золы повсеместно не распространены, а являются отходами предприятий в отдельных регионах и странах. В связи с этим в докладе отмечается возрастание интереса к природным пуццоланам, в том числе к термоактивированным глинам, которые являются повсеместно распространенными. В последние десятилетия определенное эффективное распространение получил метакаолин – продукт термоактивации каолиновых глин. Однако, месторождения и запасы каолиновых глин ограничены, а потребность в них высока и в других отраслях промышленности. Ограниченность запасов каолиновых глин привела к многолетним исследованиям смешанных цементов с добавками полиминеральных глин, в частности LC3 цементов, состоящих из 50% клинкера, 30% термоактивированных глины, 15% известняка и 5% гипса. Опыт производства таких цементов, включенных в новый стандарт на цементы prEN 197-1:2019, уже есть на Кубе и в Индии. Автор доклада акцентировала также внимание на том, что полиминеральные глины должны содержать минимум 50% каолинита, а глины с меньшим содержанием каолинита не активны.
По мнению авторов настоящей статьи, последнее утверждение требует уточнения, так как их систематические исследования эффективности термоактивированных различных по составу глин показали [4], что активность термоактивированных полиминеральных глин, включая и не содержащие каолинит, зависит от температуры термической обработки и тонкости помола. Отдельные данные результатов этих исследований приведены и в докладах, представленных на конгрессе. Использование отдельных разновидностей твердых отходов в качестве минеральных добавок является актуальным не только для клинкерных цементов, но и для получения альтернативных бесклинкерных вяжущих и регулирования их свойств и структуры.
В докладе C.Shi (Китай) «Последние достижения в низкоэмиссионных цементах» были рассмотрены наиболее перспективные из них геополимеры, карбонизационного твердения и белит-йелимитовые вяжущие. Приведены задачи их дальнейшего развития, результаты последних разработок, исследования свойств, тестирования и применения.
На секции «Альтернативные вяжущие и их применение» был представлен доклад авторов настоящей статьи «Шлакощелочное вяжущее – минеральная матрица для отверждения радиоактивных боратных жидких отходов и ионообменных смол».
На конгрессе были представлены и доклады, посвященные последним достижениям и задачам в области компьютерного моделирования и цифровых технологий, развитию последней из которых в России в последнее десятилетие уделяется особое внимание.
В докладе J.Liu (Китай) «Последние достижения в области химических добавок для бетонов» было отмечено, что компьютерное моделирование используется как эффективный инструмент изучения поведения поликарбоксилатов в поровом пространстве и адсорбционного взаимодействия с минеральной матрицей на атомном и молекулярном уровнях.
В докладе T.Wangler (Швейцария) «Цифровой бетон» была отмечена определенная стагнация и даже регрессия в последние десятилетия строительного сектора. Однако в последнее время в строительном секторе появился опыт цифровизации, новые материалы и технологии. В качестве примера приведено применение в Юго-Восточной Азии (Сингапуре) информационного моделирования строительного объекта, показавшего потенциал цифровых технологий для революции во всем строительном секторе. В этой части можно отметить и определенные разработки по развитию технологии 3d печати бетона и в России.
1. Proceedings of XV Congress on the Cement Chemistry, 16-20 September 2019, Prague.
2. http:///docplayer.ru>68902273.
3. Ravil Z. Rakhimov, Nailia R. Rakhimova, Albert R. Gai-fullin. Effect of calcined clays on the physical-mechanical properties of hardened Portland cement pastes//ZKG Interna-tional, №11, 2018.
4. Рахимов Р.З., Рахимова Н.Р., Гайфуллин А.Р., Бикмухаме-тов А.Р. Влияние состава и температуры прокаливания доба-вок каолиновой и полиминеральной глины в портландце-мент на свойства цементного камня// Известия Казанского государственного архитектурно-строительного универси-тета, 2019, №3(49), с.172-180.
