Глобально, бетон является вторым наиболее потребляемым материалом, на долю которого приходится 8% мировых выбросов CO₂. Одним из способов сокращения выбросов, является производство смешанного цемента (СЦ) путем смешивания цемента с промышленными отходами. Доменный шлак и летучая зола являются алюмосиликатными побочными продуктами сталелитейной и угольной промышленности, соответственно. В составе СЦ они улучшают долговечность и прочность бетона на сжатие, а также снижают его углеродный след.

При смешивании СЦ с водой образуются основные связывающие фазы: кальций-силикат-гидраты и кальций-алюминий-силикат-гидраты или C-(A)-S-H. C-(A)-SH представляет собой нанокристаллический неупорядоченный пористый материал с большим количеством воды. Вода влияет на растрескивание бетона, его долговечность и циклы замораживания-оттаивания. Несмотря на более чем 100 лет использования СЦ, полное понимание роли воды в них очень ограничено. В этом проекте, мы предлагаем изучать динамику воды с использованием метода нейтронного рассеяния в сочетании с вычислительным методом моделирования - молекулярной динамики. Проект охватывает области материаловедения, физической химии, инженерии и экологического использования ресурсов.

В глобальном масштабе этот проект представляет собой междисциплинарное исследование, которое включает фундаментальные исследования воды с использованием передовых физико-химических методов, таких как неупругое нейтронное рассеяние. Этот проект опирается на последние достижения в области вычислительного моделирования с атомистическим молекулярным моделированием. Он тесно связан с науками об окружающей среде и экологией, поскольку его цель состоит в том, чтобы изучить цемент, который производит меньше выбросов CO₂. Наконец, он очень актуален для сталелитейной и угольной промышленности, поскольку отходы этих тяжелых отраслей будут использоваться для производства низкоуглеродистого цемента.

В целом, результаты этой работы позволят нам понять влияние наномасштабной воды на растрескивание цемента, устойчивость к циклам замораживания-оттаивания, к сульфатной атаке и на многие другие важные процессы на которые влияет вода.

ПОЧЕМУ ЭТОТ ПРОЕКТ ВАЖЕН

Бетон — второй по потреблению материал в мире и один из крупнейших источников выбросов CO₂.

Наш проект направлен на фундаментальное изучение того, как вода влияет на структуру, долговечность и устойчивость низкоуглеродных цементов, полученных из отходов металлургической и угольной промышленности.

Цемент рассматривается в рамках глобальных экологических и ресурсных вызовов.

Исследование сосредоточено на фундаментальной роли воды в низкоуглеродных цементных системах.

Основные цифры, определяющие экологическую и научную актуальность проекта.

КЛЮЧЕВЫЕ ФАКТЫ

глобальных выбросов CO₂ связано с производством цемента

потенциальное сокращение выбросов за счёт снижения доли клинкера

объёма твёрдой фазы цементного камня составляет C-(A)-S-H

География проекта

Проект реализуется в тесном сотрудничестве с ведущими международными научными центрами и использует инфраструктуру крупных нейтронных источников в Европе.

Этапы проекта

КАРТА ПРОЕКТА

Формирование научной гипотезы и анализ современных международных исследований в области низкоуглеродных цементов и динамики воды.

АНАЛИЗ

Получение обычных и смешанных цементов, а также модельных фаз C-(A)-S-H с контролируемым составом и содержанием воды.

СИНТЕЗ

Комплексное исследование структуры, состава, пористости и распределения воды с использованием современных физико-химических методов.

ХАРАКТЕРИЗАЦИЯ

Изучение динамики воды методом неупругого нейтронного рассеяния на крупных международных научных установках.

НЕЙТРОНЫ

Создание атомистических моделей C-S-H и C-A-S-H и проведение молекулярно-динамических симуляций для интерпретации экспериментальных данных.

МОДЕЛИРОВАНИЕ

Сопоставление экспериментальных и расчётных данных, публикация результатов и представление их на международных научных конференциях.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Новости проекта