Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Выполнен аналитический обзор научно-технической, нормативной и методической литературы, затрагивающей проблему строительства объектов инженерной инфраструктуры в сложных природно-климатических условиях Крайнего Севера, включающий анализ состояния вопроса по производству и применению минеральных вяжущих материалов, а также требованиям к ним. Литературный анализ документального потока в исследуемой области был проведен посредством библиометрического исследования научных публикаций в базе данных Scopus. Был изучен документопоток за период 2000-2025 гг. Отбор публикаций производился по ключевым словам, содержащимся в названиях, аннотациях и ключевых словах. Набор анализируемых документов уточнялся посредством первичного анализа аннотаций, чтобы исключить нерелевантные типы документов и предметные области. Итоговая база данных была сформирована из 194 документов. В ходе анализа и структуризации сформированная база данных по исследуемой тематике была детально изучена с точки зрения публикационных трендов, динамики и интенсивности разработки той или иной проблемы за выбранный временной период, а также выявления закономерностей и взаимосвязей по теме исследования. После проведения библиометрического анализа с использованием программного обеспечения VOSviewer (версия 1.6.20), были отобраны и критически проанализированы ведущие исследовательские документы, связанные с рассматриваемой тематикой, с точки зрения механизма процессов гидратации и твердения системы "магний-фосфатный цемент-вода", в том числе в присутствии минеральных добавок и регуляторов сроков схватывания. Систематизированы и обсуждены различные факторы, влияющие на реологию растворных смесей, прочность цементного камня, а также его микроструктуру и фазовый состав, включающие источник и температурно-временной режим обработки магнезиального сырья, условия твердения. Документы, сообщающие о результатах экспериментов по оценке потенциала практических применений магний-фосфатных цементов и продуктов на их основе, также были обобщены и проанализированы. Кроме того, были выделены ограничения и будущие перспективы, связанные с использованием альтернативных прекурсоров для производства магний-фосфатных цементов, включая технологические, экологические и экономические аспекты. Выполнен сбор, анализ и стандартизация экспериментальных данных по вещественному составу Mg-содержащих отходов и побочных продуктов крупномасштабных промышленных процессов с использованием собственных результатов и экспериментальных данных, взятых из литературных источников (материалов официального статистического учета - информационные ресурсы и системы Федеральной службы государственной статистики, Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации, Федеральной службы по надзору в сфере природопользования). Создана база данных техногенных магнезиальных отходов и побочных продуктов, построенная на основе различий вещественного состава и классификации реакционноспособных фаз в отношении растворимых дигидрофосфатов калия и аммония. Проведена оценка ресурсного потенциала источников техногенного магнезиального сырья в регионах РФ, в т.ч. Арктической зоны, для использования в качестве регулятора сроков твердения и структурно-механических свойств рассматриваемых вяжущих материалов. Определены области их применения (пригодности) при получении магний-фосфатных цементов. Исследованы особенности термического разложения соединений магния для различных видов техногенного магнийсодержащего сырья (низкосортные магнийсодержащие породы горнодобывающих предприятий) с оценкой их гидратационной активности (способности вступать в реакцию гидратации с растворами затворителей - дигидроортофосфат аммония/дигидрофосфат калия) в условиях низких положительных и отрицательных температур. Исследовано влияние механической активации на гидратационную активность магний-фосфатных цементов. Выполнено теоретическое исследование методами теории функционала плотности (DFT) и молекулярной динамики (МД) продуктов гидратации магний-фосфатных цементов, формирующихся при отрицательных температурах (фосфатов со структурами струвита). Проведен анализ структурных особенностей и механических свойств (упругие константы и модули упругости) продуктов гидратации МФВ (KMgPO4·6H₂O, NH4MgPO₄·6H₂O и NaMgPO4·7H2O). Обменно-корреляционная энергия вычислялась в обобщенно-градиентном приближении (GGA) с использованием потенциала Пердью-Берк-Эрнцерхофа (PBE). Взаимодействие между валентными электронами и ионными остовами было описано с использованием ультрамягкого псевдопотенциала Вандербильта (Mg [2p63s2], P [2p63s23p3], O [2s22p4], K/Na [3p64s1/2p63s1], N [2s22p3], H [1s1]). Энергия отсечки плоских волн составляла 1500 эВ; интегрирование по БЗ выполнялась по k-сетке 6 × 6 × 6. Полная релаксация ячейки и внутренних координат проводилась до |F|max < 0.01 эВ Å-1 и ΔE < 10-6 эВ. Первичная релаксация кристаллических структур выполнена с шагом ∆t = 0.25 фс. МД-симуляция: NPT, 273 K, 1 бар; баростат Паррина-Рахмана, термостат Носа–Гувера. Упругие константы были вычислены после оптимизации для каждой фазы, рассчитывая тензор Cij методом конечных деформаций ±0.5 % с автоматическим вычислением напряжений; анизотропные упругие тензоры приводились к Ройс-, Фойгт-, Хилл-средним модулям. Результаты проведенного исследования восполняют пробел в атомистическом понимании электронной структуры и механических свойств K-, NH4- и Na-струвита, обеспечивая научную основу для целенаправленного подбора состава МФВ для производства и эксплуатации в низкотемпературных условиях.