Бесцементное сульфатно-шлаковое вяжущее с повышенным содержанием фосфоангидрита

Для устойчивого развития человечества необходимым условием является снижение объема выбросов СО₂, доля которых приходится на производство портландцемента. В этой связи актуальной является разработка альтернативных продуктов, одним из которых, переживающим свое второе рождение, является сульфатно-шлаковое вяжущее. В статье рассматриваются вопросы получения его бесцементной разновидности с избыточным содержанием фосфоангидрита, выступающего в роли сульфатного активатора твердения шлака. Установлена возможность получения водостойких бесцементных избыточно-сульфатно-шлаковых вяжущих (БИСШВ) с пределом прочности при сжатии затвердевшего камня до 50 МПа. Выявлены особенности процессов структурообразования и характер новообразований БИСШВ с содержанием фосфоангидрита 40%. По совокупности свойств разработанное вяжущее может стать эффективной заменой портландцемента при решении задач получения больших объемов бетона средних классов по прочности с низким тепловыделением и высокой сульфатостойкостью, в тех случаях, когда имеется возможность обеспечить благоприятный температурно-влажностный режим на протяжении 28–90 сут. Бесцементные избыточно-сульфатно-шлаковые вяжущие имеют перспективы дальнейшего развития, их производство и применение повлечет существенный положительный экологический и экономический эффект, который будет складываться из возможности утилизации фосфогипса в товарный продукт с высокой добавочной стоимостью, снижения выбросов CO₂ в окружающую среду, высвобождения территорий, занятых складированием отходов.

Н.И. АЛФИМОВА¹, канд. техн. наук, доцент (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
К.М. ЛЕВИЦКАЯ^1,2, мл. науч. сотрудник (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
М.Ю. ЕЛИСТРАТКИН¹, канд. техн. наук, доцент (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
И.С. НИКУЛИН³, канд. техн. наук, доцент (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.);
А.Ф. БУРЬЯНОВ³, д-р техн. наук, профессор (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

¹ Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46)
² Белгородский государственный национальный исследовательский университет (308015, г. Белгород, ул. Победы, 85)
³ Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (129347, г. Москва, Ярославское ш., 26)

1. Саламанова М.Ш. Современные подходы к получению бесклинкерных вяжущих щелочной активации // Строительные материалы. 2021. № 9. С. 48–53. EDN: ­IGBBIZ.
https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-795-9-48-53
1. Salamanova M.Sh. Modern approaches to obtaining clinker-free binders of alkaline activation. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2021. No. 9, pp. 48–53. (In Russian). EDN: ­IGBBIZ.
https://doi.org/10.31659/0585-430X-2021-795-9-48-53
2. Anand S., Vrat P., Dahiya R.P. Application of a system dynamics approach for assessment and mitigation of CO₂ emissions from the cement industry. Journal of Environmental Management. 2006. Vol. 79 (4), pp. 383–398.
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2005.08.007
3. Башмаков И.А., Потапова Е.Н., Борисов К.Б., Лебедев О.В., Гусева Т.В. Декарбонизация цементной отрасли и развитие систем экологического и энергетического менеджмента // Строительные материалы. 2023. № 9. С. 4–12. EDN: ­DVGDSP. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-817-9-4-12
3. Bashmakov I.A., Potapova E.N., Borisov K.B., Lebedev O.V., Guseva T.V. Cement sector decarbonization and development of environmental and energy management systems. Stroitel’nye Materialy [Construction Materials]. 2023. No. 9, pp. 4–12. (In Russian). EDN: ­DVGDSP. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-817-9-4-12
4. Алфимова Н.И., Левицкая К.М., Елистраткин М.Ю., Бухтияров И.Ю. Суперсульфатированные цементы: обзорный анализ особенностей свойств, сырья, перспектив производства и применения // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2024. № 7. С. 8–24. EDN: ­QQDDQU. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2024-9-7-8-24
4. Alfimova N.I., Levitskaya K.M., Elistratkin M.Yu., Bukhtiyarov I.Yu. Supersulphated cements: a review analysis of the features of properties, raw materials, production and application prospects. Vestnik of BSTU named after V.G. Shukhov. 2024. No. 7, pp. 8–24. EDN: ­QQDDQU. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2024-9-7-8-24
5. Wu Q., Xue Q., Yu Z. Research status of super sulfate cement. Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 294. 126228. EDN: ­YOXEKY. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126228
6. Liu S., Ouyang J., Ren J. Mechanism of calcination modification of phosphogypsum and its effect on the
hydration properties of phosphogypsum-based supersulfated cement. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 24320. 118226. EDN: ­QZVPDN. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118226
7. Juenger M.C.G., Winnefeld F., Provis J.L., Ideker J.H. Advances in alternative cementitious binders. Cement and Concrete Research. 2011. Vol. 41 (12), pp. 1232–1243. EDN: ­YCLVYR.
https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2010.11.012
8. Levickaya K., Alfimova N., Nikulin I., Kozhukhova  N., Buryanov A. The use of phosphogypsum as a source of raw materials for gypsum-based materials. Resources. 2024. Vol. 13. 69. EDN: ­XRXPKA.
https://doi.org/10.3390/resources13050069
9. Rashad A.M. Phosphogypsum as a construction material. Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 166, pp. 732–743. EDN: ­YJTHTS. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.08.049
10. Alfimova N., Levickaya K., Nikulin I., Elistratkin M., Kozhukhova N., Anosov N. Effect of phosphogypsum origin and calcination temperature on characteristics of supersulfated cements. Journal of Composites Science. 2025. Vol. 025 (9). 146. EDN: ­TYOSKH. https://doi.org/10.3390/jcs9040146
11. Wang Z., Sun T., Ouyang G., Li Z., Chen M., Li H., Wang K., Guo Y. Simultaneous enhanced phosphorus removal and hydration reaction: Utilisation of polyaluminium chloride and polyaluminium ferric chloride to modify phosphogypsum-based excess-sulphate slag cement. Journal of Cleaner Production. 2024. Vol. 476. 143712. EDN: ­BILTAR. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.143712
12. Wang Z., Sun T., Ouyang G., Li H., Li Z., He J. Role of polyferric sulphate in hydration regulation of phosphogypsum-based excess-sulphate slag cement: A multiscale investigation. Science of The Total Environment. 2024. Vol. 948. 173750. EDN: ­FPSNLB. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.173750
13. Wang Z., Ouyang G., Li Z., Sun T., Li W., Deng Y., Chen J. Excess-sulphate phosphogypsum slag cement blended with magnesium ion: Part Ⅱ-the long-term microstructure characterisation and phase evolution. Construction and Building Materials. 2024. Vol. 431. 136513. EDN: ­NBMCRL. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.136513
14. Couvidat J., Diliberto C., Meux E., Izoret L., Lecomte A. Greening effect of concrete containing granulated blast-furnace slag composite cement: Is there an environmental impact. Cement and Concrete Composites. 2020. 113. 103711. EDN: ­QMNMSQ. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2020.103711