Добавка в бетон микрокремнезем


Строительные статьи

Применение микрокремнезема на бетонных производствах

В середине 80-х годов в мировой строительной практике появились бетоны с высокими эксплутационными свойствами. Для них характерно то, что высокая (55—80 МПа) и сверхвысокая (выше 80 МПа) прочность на сжатии, низкая проницаемость, повышенная коррозионная стойкость и долговечность достигаются с применением высокоподвижных бетонных смесей. Конструкциям и сооружениям, возведенным с их использованием, как правило, присущи яркие эстетические достоинства.

Что же является ключевым фактором технологии производства таких бетонов? Об этом вы узнаете, прочитав статью Сергея Холина.

Ключевым фактором технологии производства таких бетонов являлось комплексное использование высокоактивной минеральной добавки — микрокремнезем.

Микрокремнезем (МК) образуется в процессе выплавки ферросилиция и его сплавов. После окисления и конденсации некоторая часть моноокиси кремния образует чрезвычайно мелкий продукт в виде шарообразных частиц с высоким содержанием аморфного кремнезема.

МК активно используется в производстве сухих строительных смесей, бетона, пенобетона, цемента, керамик, облицовочных плит, черепицы, огнеупорных масс, резины. Применяется в мостостроении, дорожном строительстве, при возведении жилых и производственных объектов, плотин и дамб, буровых платформ и скважин, коллекторных трасс.

Популярность МК объясняется его уникальной способностью позитивно влиять на свойства строительных материалов, улучшая их качественные характеристики: прочность, морозоустойчивость, проницаемость, химическую стойкость, сульфатостойкость, износостойкость и др., что позволяет им продолжительное время техногенным воздействиям. МК — высокореакционный пуццолан, вызывающий эффект упрочнения твердеющей системы. Он связывает известь из раствора интенсивнее чем другие минеральные добавки: цеолитовый туф, доменный и котельный шлак.

Использование микрокремнезема позволяет получать из рядовых материалов бетоны с высокими эксплуатационными характеристиками и уникальными конструкционными возможностями:

  • Стойкость к истиранию

  • Уменьшенный до 200—450 кг/м3 расход цемента

  • Высокая прочность (прочность на сжатие 60—80 МПа) и сверхвысокопрочные (прочность на сжатие выше 80 МПа) бетоны, в т. ч. мелкозернистые

  • Бетоны с высокой ранней прочностью при твердении в нормальных условиях (25—40 МПа в 1 сут)

  • Высокоподвижные (ОК=22—24 см) бетонные смеси повышенной связности — нерасслаиваемости

  • Повышенная антикоррозионная стойкость. Добавление МК снижает водопроницаемость на 50%, повышает сульфатостойкость на 100%

  • Низкая проницаемость для воды и газов W12-W16

  • Морозостойкость F200-F600 (до F1000 со специальными добавками)

  • Повышенная долговечность (стойкость к сульфатной и хлоридной агрессии, воздействию слабых кислот, морской воды, повышенной до 400 С температур и морозостойкости).

Использование микрокремнезема в сборном бетоне позволяет уменьшить сечения некоторых элементов, облегчая их транспортировку и монтаж. МК обеспечивает более длительную жизнеспособность жидких растворов, облегчает перекачивание смеси, придает коррозионную стойкость. При использовании МК достигаются наивысшие характеристики высокопрочного бетона, легкого бетона, торкретбетона и бетона с пониженной водопроницаемостью.

Химический состав:

Химический состав МК %:

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

Na2O

K2O

C

S

90—92

0,68

0,69

0,85

1,01

0,61

1,23

0,98

0,26

Значение показателя pH водной суспензии МК состовляет в среднем —  7,74.

Насыпной вес Угол естественного откоса

в неуплотненном состоянии: 0,17—0,20 т/м3.750-800

в уплотненном состоянии: 0,40—0,70 т/м3.250-300

Свойства: Тонкость МК можно проилюстрировать сравнением с другими порошкообразными материалами:

  • микрокремнезем — 140 000 — 300 000 см2/г,

  • золы уноса — 4 000 — 7 000 см2/г,

  • портландцемент — 3 000 — 4 000 см2/г.

Удельная поверхность по воздухопроницаемости состовляет 10 — 25 тыс. см2/г, сто в 3 — 10 раз превышает аналогичный показатель для цемента.

Технические характеристики.

Экономия цемента, высокая пластичность.

Введение добавки МК в портландцемент от 10 до 30% от массы цемента увеличивает водопотребность вяжущего по нормальной густоте с 25 до 29%. При этом для равнопластичных бетонных смесей (ОК=Const) сокращается расход цемента до 30%, тогда как такое же количество МК в бетонной смеси того же состава, но при постоянном расходе цемента увеличивает пластичность по ОК в 4 раза (рис. 1). Поэтому по механизму действия и его разжижающего эффекта ультрадисперсный МК следует отнести к добавкам класса суперпластификаторов. Допустимая область применения бетонов с МК при его дозировках до 30% Ц в составе бетона — все бетонные и железобетонные конструкции сооружений жилищно-гражданского и промышленного строительства, включая системы питьевого водоснабжения. Применение МК в массовом строительстве также позволяет экономить до 40% цемента без ухудшения характеристик бетона и сокращать расход тепловой энергии при ТВО изделий.

Высокая прочность.

Как и все пуццолановые материалы, микрокремнезем вступает в реакцию с гидроокисью кальция Ca(OH)2, освобождаемой при гидратации портландцемента для образования вяжущих соединений. Очень высокая чистота и мелкость МК способствует более эффективной и быстрой реакции. При надлежащем рассеивании тысячи реактивных сферических микрочастиц окружают каждое зерно цемента, уплотняя цементный раствор, заполняя пустоты прочными продуктами гидратации и улучшая сцепление с заполнителями. Степень пуццолановой активности зависит от содержания реактивного кремнезема, но на практике между двумя видами материала с высоким содержанием кремнезема существует довольно незначительное различие.

МК может обеспечить прочность на сжатие, намного превышающую прочность обычных бетонов, и здесь ограничивающим фактором является только прочность заполнителя. При использовании природных заполнителей достигается прочность свыше 150 N/mm2, а при использовании специальных высокопрочных заполнителей можно достичь прочности 300 N/mm2.

Опыт других стран, недавно получивший подтверждение в Великобритании, показал, что 1 кг МК может обеспечивать такую же прочность, как 3—5 кг обычного портландцемента, в смесях одинаковой удобообрабатываемости при умеренном содержании МК и цемента в обеих смесях. На эту вяжущую эффективность или К-фактор оказывает влияние содержание обоих материалов, но при содержании обычного портландцемента 200—300 кг/м3 и МК — менее 10%, значение К-фактора может составлять около 4.

При добавлении МК в количестве до 30% в сочетании с суперпластификатором можно получить смеси с отношением вода/вяжущее ниже 0,3. Такие бетоны могут достигать очень высокой ранней прочности и они нашли широкое применение там, где осуществляется выдерживание во влажном режиме.

По количеству теплоты, выделяемой при гидратации, МК находится между обычным портландцементом и портландцементом RHPC, хотя нарастание теплоты происходит медленнее. Для смесей эквивалентной прочности тепловыделение в целом будет меньше, поскольку общее содержание вяжущих материалов значительно снижено.

Раннее твердение, коррозионная стойкость

Гидравлическая активность МК по показателю пуццоланизации в структуре цементной матрицы более чем в 1,5 раза выше минеральной добавки трепела. Эффективность действия МК весьма показательна для обеспечения повышенной стойкости цементных бетонов в агрессивных средах. По количеству содержания химически связанной воды и степени гидратации портландцемента добавка МК резко ускоряет процесс гидратации на ранней стадии твердения до 7 суток. При В/Ц=Const цементный камень в возрасте 7 суток характеризуется степенью гидратации цемента без добавки по возрасту 28 суток. В этом же соответствии изменяется прочность бетона в два раза как при нормально-влажном твердении, так и при тепловлажностном с температурой 600С (рис. 2).

В Норвегии и Швеции исследования бетонных конструкций в возрасте до 12 лет показали, что высококачественные бетоны с содержанием МК обладают не меньшей устойчивостью к карбонизации, чем бетоны такой же прочности на обычном портландцементе, и гораздо лучше предотвращают проникновение хлоридов из морской воды.

Проведена масса лабораторных измерений коррозии арматуры. Можно с уверенностью сказать, что при условии надлежащего выдерживания, способность бетона с МК защищать стальную арматуру не будет существенно отличаться по сравнению с бетоном той же прочности на обычном портландцементе.

Водонепроницаемость

Эффект заполнения пор, создаваемый пуццолановыми сферическими микрочастицами, способствует значительному уменьшению капиллярной пористости и проницаемости бетона. Фактически непроницаемый бетон можно получить при умеренном содержании МК и сравнительно низком содержании обычного портландцемента. Поскольку МК оказывает большее влияние на проницаемость, чем на прочность, бетон с содержанием МК всегда будет гораздо менее проницаемым, чем бетон эквивалентной прочности на обычном портландцементе.

Весьма интересны данные по водонепроницаемости модифицированного цементного раствора как мезоструктуры бетона с добавкой МК до 20% Ц. Марка по водонепроницаемости такого бетона обеспечивается значением W=16.

Трещиностойкость

МК обеспечивает трещиностойкость бетона по показателю Кmp=Rизг/Rcж. Эти данные представлены в табл. И на рис. 3.

Влияние добавки МК на трещиностойкость мелкозернистого бетона состава 1:2. Возраст 28 суток

П/п

Количество добавки МК, % Ц

Прочность, МПа

Коэффициент трещиностойкости, Кmp=Rизг/Rсж

Изгиб

Сжатие

0

6,8

38,9

0,175

5

6,5

39,4

0,165

10

7,6

42,7

0,178

15

11,5

58,0

0,21

15 )

18,4

89,0

0,21

Примечание: возраст бетона 90 суток, при нормально-влажностном твердении.

Из этих данных следует:

1. Введение добавки МК в количестве 15% Ц повышает трещиностойкость бетона в 28 суток в 1,5 раза.

2. С увеличением срока твердения бетона до 90 суток показатель трещиностойкости не изменяется, хотя прочность при изгибе и сжатии существенно увеличивается (см. табл.).

Морозостойкость

Низкая проницаемость и повышенная плотность цементного камня обеспечивает прекрасную морозостойкость бетона с МК. Не существует несовместимости МК с воздухововлекающими добавками, в действительности стабильная реологическая структура пластичного бетона с МК должна уменьшать потерю вовлеченного воздуха при транспортировке и вибрировании.

Повышенная долговечность

Известно, что низкая проницаемость и низкое содержание свободной извести повышает устойчивость бетона к воздействию агрессивных химических веществ. Бетон с содержанием микрокремнезема обладает этими качествами и проявляет прекрасную устойчивость к воздействию целого ряда веществ. Долгосрочные полевые испытания показали, что по своей потенциальной устойчивости к сульфатам он равен сульфатостойкому портландцементу.

Заключение

Таким образом, следует отметить универсальность добавки МК как дисперсии, влияющей на тиксотропные свойства системы, через изменение протяженности структурных элементов -цепочек и их перехода при контактных взаимодействиях в пространственные каркасные ячейки. Это условие соответствует минимальным значениям межфазного натяжения при максимальном развитии граничных поверхностей, что предполагает существование большого числа точечных коагуляционных контактов вплоть до создания предельно наполненной системы, в которой коллективный переход к сцеплению в ближнем порядке вызывает резкое упрочнение. Такой этап гидратообразования с коллоидацией кремнеземных частиц, за счет которых формируются пространственные упаковки, приводит к самоармированию твердеющей цементной системы композита. Локализация дисперсных частиц и энергетика межчастичных связей -надежная гарантия от коррозионного и эрозионного старения бетона, развития его усадочных деформаций, повышение его прочности и трещиностойкости, а также водонепроницаемости. В целом добавка МК является высокоэффективным модификатором структуры бетона как композиционного материала, полученного на основе наукоемкой технологии.

www.allbeton.ru

Микрокремнезём-технология применения в бетонах - MOLDSTORE добавки для цемента и гипса

Введение

Бетон является важнейшим строительным материалом и добавление микрокремнезёма в него и некоторых других материалов может положительно изменять его свойства. С увеличением тенденции к более широкому использованию бетона для предварительно напряженных бетонных конструкций и высотных зданий появляется растущий спрос на бетон с более высокой прочностью на сжатие. Так же бетон с добавкой микрокремнезёма применяется при изготовлении тротуарной плитки с повышенной прочностью, влаго и морозостойкостью.

Минеральные добавки, которые также известны как минеральные примеси (премиксы) были использованы в бетонах на протяжении многих лет. Есть два типа добавок кристаллические и некристаллические. Микрокремнезём является очень качественной не кристаллической добавкой. Микросилику (ещё одно название микрокремнезёма) получают в электродуговых печах как побочный продукт в производстве элементарного кремния или сплавов, содержащих кремний. Обычно это серый порошок мало похож на портландцемент и некоторые золы-уноса.  Как правило, классифицируется в качестве дополнительного связующего, а так же как активный пуццолан.

Внешний вид: тёмно-серый ультрадисперсный порошок

Основным полезным свойством микрокремнезёма можно назвать его мелкую дисперсность в первую очередь, а так же возможность вступают в химическую реакцию с гидроксидом кальция при гидратации при обычной температуре с образованием соединений, обладающих цементирующими свойствами.

В нашем эксперименте «Свойства бетона с добавкой микрокремнезёма», мы используем микрокремнезем как искусственный пуццолан. Мы добавляем 0%, 5%, 10%, 15% от веса цемента в бетоне.

Ключевые слова: микрокремнезём, зола уноса, silica fume, микросилика, свойства, добавка в бетон, купить, цена, МК-85, МКУ-85.

Микрокремнезём и технология бетонов

Silica fume или микрокремнезём, также известный как микросилика, это аморфный (некристаллический) диоксид кремния. Это сверхтонкий порошок собирают в качестве побочного продукта при производстве кремния и ферросилиция, а так же их сплавов. Состоит из сферических частиц со средним диаметром 150 нм. Применение в качестве пуццолановой добавки для повышения прочностных характеристик бетона. Микрокремнезем представляет собой ультрадисперсный материал из сферических частиц менее 1 мкм в диаметре, в среднем около 0,1 мкм. Это делает его примерно в 100 раз меньше чем средняя цементная частица. Удельный вес, или навальная плотность микрокремнезема зависит от металла, из которого он произведен, обычно варьируется от 130 до 750 кг/mᶾ.

Эффективность применения

Основным эффектом от применения микрокремнезёма в бетонах является его способность заполнять собой пространства между частицами цемента, которые как уже говорилось выше по размеру в 100 раз больше средней частицы микросилики. Благодаря чему повышается прочность бетонной смеси её проницаемость и как следствие повышенная влаго и морозостойкость. При этом за счёт своей ультра дисперсности он значительно превосходит по эффективности другие пуццоланы используемые как добавки в бетоны. К которым относятся:

  • Каолин
  • Метакаолин
  • Гипс
  • Кремнезём
  • Пепел
  • Пемза
  • Туф
  • Шлак

сравнение размеров цементного зерна, микрокремнезёма и других наполнителей пуццоланов для бетона.

Экспериментальная часть и выводы

Бетонные кубики 150x150x150 мм были отлиты с соотношением компонентов (цемент/песок/гравий) 1:1.5:3. Соотношение воды затворения к весу цемента 0.50. Бетон замешивался на обычном портландцементе с добавками микрокремнезема на уровне 0%, 5%, 10%, 15%, 20%. Образцы выдерживались 7, 14, 28 дней и проводились испытания на сжатие.

Результаты испытания бетона с различными массовыми добавками микрокремнезёма

(прочность в МПа)

Количество

микрокремнезёма

0%5%10%15%20%
7 дней23.228.432.133.232.1
14 дней28.730.534.437.436.3
28 дней34.743.845.748.345.5

прочность бетона с добавкой микрокремнезёма в различные сроки созревания

Выводы

Как видно из результатов тестов, эффективность добавка микросилики в бетон проявляется вплоть до 15% от массы цемента. С превышением, которого бетон начинает уступать по своей прочности и трещиностойкости. Не превышая объём добавки в 15% можно получить качественный бетон с повышенной скоростью твердения за счёт реакции гидратации микрокремнезёма и извести содержащейся в цементе. А так же с повышенными прочностными характеристиками, которые превышают обычный бетон в среднем на 25%.

Цена и купить микрокремнезём

Цена микрокремнезёма очень различается и вот почему. Наиболее часто встречается под марками МК и МКУ, где МК это дисперстный, летучий и лёгкий порошок. МКУ тот же самый материал, но подвергшийся уплотнению. За счёт чего покупатель приобретающий, например биг-бег получает уплотнённого микрокремнезёма 900 кг, а марки МК лишь 400 кг. Цена марки МК в два раза меньше цены марки МКУ. При этом уплотнённый кремнезём хоть и выгоден в транспортировке использоваться, может лишь в бетоне, где слипшиеся частицы микросилики измельчаются за счёт трения о гравий. Использовать же его в растворных смесях, или бетоне на лёгком заполнителе не целесообразно, так как возникнут сложности с его растворением. Для этих целей оптимально использовать не уплотнённый микрокремнезём.

Основной составляющей цены микрокремнезёма является транспортные расходы. Так как производится эта добавка лишь на нескольких предприятия Уральского округа. Мы рады предложить возможность купить микрокремнезём в небольшой (маленькой таре) упаковке для проведения тестовых изысканий и обоснования целесообразности её применения.

КУПИТЬ МИКРОКРЕМНЕЗЁМ

moldstore.su

Применение микрокремнезема на бетонных производствах

В середине 80-х годов в мировой строительной практике появились бетоны с высокими эксплутационными свойствами. Для них характерно то, что высокая (55–80 МПа) и сверхвысокая (выше 80 МПа) прочность на сжатии, низкая проницаемость, повышенная коррозионная стойкость и долговечность достигаются при применении высокоподвижных бетонных смесей, а конструкциям и сооружениям, возведенным с их использованием, как правило, присущи яркие эстетические достоинства. Ключевым фактором технологии производства таких бетонов являлось комплексное использование высокоактивной минеральной добавки – микрокремнезема.

Микрокремнезем (далее – МК) образуется в процессе выплавки ферросилиция и его сплавов. После окисления и конденсации некоторая часть моноокиси кремния образует чрезвычайно мелкий продукт в виде шарообразных частиц с высоким содержанием аморфного кремнезема. МК активно используется в производстве сухих строительных смесей, бетона, пенобетона. Также с его помощью производят цемент, керамику, облицовочные плиты, черепицу, огнеупорные массы, резину. Он применяется в мостостроении, дорожном строительстве, при возведении жилых и производственных объектов, плотин и дамб, буровых платформ и скважин, коллекторных трасс.

Популярность МК объясняется его уникальной способностью позитивно влиять на свойства строительных материалов, улучшая их качественные характеристики: прочность, морозоустойчивость, проницаемость, химическую стойкость, сульфатостойкость, износостойкость и др., что позволяет им продолжительное время техногенным воздействиям. МК – высокореакционный пуццолан, вызывающий эффект упрочнения твердеющей системы. Он связывает известь из раствора интенсивнее, чем другие минеральные добавки – цеолитовый туф, доменный и котельный шлак.

Использование микрокремнезема позволяет получать из рядовых материалов бетон с высокими эксплуатационными характеристиками и уникальными конструкционными возможностями:

  • стойкость к истиранию;
  • уменьшенный до 200–450 кг/м3 расход цемента;
  • высокая прочность (прочность на сжатие – 60–80 МПа) и сверхвысокопрочные (прочность на сжатие v выше 80 МПа) бетоны, в т. ч. мелкозернистые;
  • бетоны с высокой ранней прочностью при твердении в нормальных условиях (25–40 МПа в 1 сут.);
  • высокоподвижные (ОК = 22–24 см) бетонные смеси повышенной связности – нерасслаиваемости;
  • повышенная антикоррозионная стойкость. Добавление МК снижает водопроницаемость на 50%, повышает сульфатостойкость на 100%;
  • низкая проницаемость для воды и газов W12–W16;
  • морозостойкость F200–F600 (до F1000 со специальными добавками);
  • повышенная долговечность (стойкость к сульфатной и хлоридной агрессии, воздействию слабых кислот, морской воды, повышенной до 400 °С температур и морозостойкости).

Использование микрокремнезема в сборном бетоне позволяет уменьшить сечения некоторых элементов, облегчая их транспортировку и монтаж. МК обеспечивает более длительную жизнеспособность жидких растворов, облегчает перекачивание смеси, придает коррозионную стойкость. При использовании МК достигаются наивысшие характеристики высокопрочного бетона, легкого бетона, торкретбетона и бетона с пониженной водопроницаемостью.

См. табл. 1.

Значение показателя pH водной суспензии МК составляет в среднем – 7,74. Насыпной вес: 0,17–0,20 т/м3 в неуплотненном состоянии, 0,40–0,70 т/м3 в уплотненном состоянии. Угол естественного откоса: 75–80 °С в неуплотненном состоянии; 25–30 °С в уплотненном состоянии.

Тонкость МК можно проиллюстрировать сравнением с другими порошкообразными материалами:

  • микрокремнезем – 140 000–300 000 см2/г;
  • золы уноса – 4 000–7 000 см2/г,
  • портландцемент – 3 000–4 000 см2/г.

Удельная поверхность по воздухопроницаемости составляет 10–25 тыс. см2/г, что в 3–10 раз превышает аналогичный показатель для цемента.

Введение добавки МК в портландцемент от 10 до 30% от массы цемента увеличивает водопотребность вяжущего по нормальной густоте с 25 до 29%. При этом для равнопластичных бетонных смесей (ОК=Const) сокращается расход цемента до 30%, тогда как такое же количество МК в бетонной смеси того же состава, но при постоянном расходе цемента – увеличивает пластичность по ОК в 4 раза (рис.1). Поэтому по механизму действия и его разжижающего эффекта ультрадисперсный МК следует отнести к добавкам класса суперпластификаторов. Допустимая область применения бетонов с МК при его дозировках до 30% Ц в составе бетона – все бетонные и железобетонные конструкции сооружений жилищно-гражданского и промышленного строительства, включая системы питьевого водоснабжения.

Применение МК в массовом строительстве также позволяет экономить до 40% цемента без ухудшения характеристик бетона и сокращать расход тепловой энергии при ТВО изделий.

Как и все пуццолановые материалы, микрокремнезем вступает в реакцию с гидроокисью кальция Ca(OH)2, освобождаемой при гидратации портландцемента для образования вяжущих соединений. Очень высокая чистота и мелкость МК способствует более эффективной и быстрой реакции. При надлежащем рассеивании тысячи реактивных сферических микрочастиц окружают каждое зерно цемента, уплотняя цементный раствор, заполняя пустоты прочными продуктами гидратации и улучшая сцепление с заполнителями. Степень пуццолановой активности зависит от содержания реактивного кремнезема, но на практике между двумя видами материала с высоким содержанием кремнезема существует довольно незначительное различие. МК может обеспечить прочность на сжатие, намного превышающую прочность обычных бетонов, и здесь ограничивающим фактором является только прочность заполнителя. При использовании природных заполнителей достигается прочность свыше 150 N/mm2, а при использовании специальных высокопрочных заполнителей можно достичь прочности 300 N/mm2.

Опыт других стран, недавно получивший подтверждение в Великобритании, показал, что 1 кг МК может обеспечивать такую же прочность, как 3–5 кг обычного портландцемента, в смесях одинаковой удобообрабатываемости при умеренном содержании МК и цемента в обеих смесях. На эту вяжущую эффективность, или К–фактор, оказывает влияние содержание обоих материалов, но при содержании обычного портландцемента 200–300 кг/м3 и МК – менее 10%, значение К–фактора может составлять около 4.

При добавлении МК в количестве до 30% в сочетании с суперпластификатором можно получить смеси с отношением «вода/вяжущее» ниже 0,3. Такие бетоны могут достигать очень высокой ранней прочности. Они нашли широкое применение там, где осуществляется выдерживание во влажном режиме.

По количеству теплоты, выделяемой при гидратации, МК находится между обычным портландцементом и портландцементом RHPC, хотя нарастание теплоты происходит медленнее. Для смесей эквивалентной прочности тепловыделение в целом будет меньше, поскольку общее содержание вяжущих материалов значительно снижено.

Гидравлическая активность МК по показателю пуццоланизации в структуре цементной матрицы более чем в 1,5 раза выше минеральной добавки трепела. Эффективность действия МК весьма показательна для обеспечения повышенной стойкости цементных бетонов в агрессивных средах. По количеству содержания химически связанной воды и степени гидратации портландцемента добавка МК резко ускоряет процесс гидратации на ранней стадии твердения до 7 суток. При В/Ц = Const цементный камень в возрасте 7 суток характеризуется степенью гидратации цемента без добавки по возрасту 28 суток. В этом же соответствии изменяется прочность бетона в два раза как при нормально-влажном твердении, так и при тепловлажностном с температурой 600 °С (рис.2).

В Норвегии и Швеции исследования бетонных конструкций в возрасте до 12 лет показали, что высококачественные бетоны с содержанием МК обладают не меньшей устойчивостью к карбонизации, чем бетоны такой же прочности на обычном портландцементе, и гораздо лучше предотвращают проникновение хлоридов из морской воды. Проведена масса лабораторных измерений коррозии арматуры. Можно с уверенностью сказать, что при условии надлежащего выдерживания, способность бетона с МК защищать стальную арматуру не будет существенно отличаться по сравнению с бетоном той же прочности на обычном портландцементе.

Эффект заполнения пор, создаваемый пуццолановыми сферическими микрочастицами, способствует значительному уменьшению капиллярной пористости и проницаемости бетона. Фактически непроницаемый бетон можно получить при умеренном содержании МК и сравнительно низком содержании обычного портландцемента. Поскольку МК оказывает большее влияние на проницаемость, чем на прочность, бетон с содержанием МК всегда будет гораздо менее проницаемым, чем бетон эквивалентной прочности на обычном портландцементе.

Весьма интересны данные по водонепроницаемости модифицированного цементного раствора как мезоструктуры бетона с добавкой МК до 20% Ц. Марка по водонепроницаемости такого бетона обеспечивается значением W=16.

МК обеспечивает трещиностойкость бетона по показателю Кmp=Rизг/Rсж. Эти данные представлены в табл. 2 и на рис.3.

Из этих данных следует:

  1. Введение добавки МК в количестве 15% Ц повышает трещиностойкость бетона в 28 суток в 1,5 раза.
  2. С увеличением срока твердения бетона до 90 суток показатель трещиностойкости не изменяется, хотя прочность при изгибе и сжатии существенно увеличивается (см. табл. 2).

Низкая проницаемость и повышенная плотность цементного камня обеспечивает прекрасную морозостойкость бетона с МК. Не существует несовместимости МК с воздухововлекающими добавками, в действительности стабильная реологическая структура пластичного бетона с МК должна уменьшать потерю вовлеченного воздуха при транспортировке и вибрировании.

Известно, что низкая проницаемость и низкое содержание свободной извести повышает устойчивость бетона к воздействию агрессивных химических веществ. Бетон с содержанием микрокремнезема обладает этими качествами и проявляет прекрасную устойчивость к воздействию целого ряда веществ. Долгосрочные полевые испытания показали, что по своей потенциальной устойчивости к сульфатам он равен сульфатостойкому портландцементу.

Таким образом, следует отметить универсальность добавки МК как дисперсии, влияющей на тиксотропные свойства системы, через изменение протяженности структурных элементов – цепочек и их перехода при контактных взаимодействиях в пространственные каркасные ячейки. Это условие соответствует минимальным значениям межфазного натяжения при максимальном развитии граничных поверхностей, что предполагает существование большого числа точечных коагуляционных контактов вплоть до создания предельно наполненной системы, в которой коллективный переход к сцеплению в ближнем порядке вызывает резкое упрочнение. Такой этап гидратообразования с коллоидацией кремнеземных частиц, за счет которых формируются пространственные упаковки, приводит к самоармированию твердеющей цементной системы композита. Локализация дисперсных частиц и энергетика межчастичных связей – надежная гарантия от коррозионного и эрозионного старения бетона и развития его усадочных деформаций. Наоборот, она повышает его прочность и трещиностойкость, а также водонепроницаемость. В целом добавка МК является высокоэффективным модификатором структуры бетона как композиционного материала, полученного на основе наукоемкой технологии.

library.stroit.ru

Эффективность добавок микрокремнезема при модификации бетона

В современном строительстве требования, предъявляемые к бетону как одному из основных строительных материалов, выросли настолько, что классический состав бетона (цемент + крупный и мелкий заполнители + вода) не в состоянии обеспечить требуемые свойства. Поэтому для направленного регулирования этих свойств в бетонную смесь вводятся модифицирующие добавки, позволяющие в широких пределах изменять технологические возможности и повышать строительно-технические характеристики бетонов, а также придавать им новые свойства.

В развитых зарубежных странах доля модифицированных бетонов, применяемых в строительстве, приближается к 100 %. В России несмотря на мощную теоретическую базу, созданную отечественной наукой в области модификации бетонов, практическое применение модифицирующих добавок для бетонов все еще является достаточно редким явлением, а общая доля бетонов с использованием модифицирующих добавок не превышает 30 % от общего объема производимого бетона.

В отличие от большинства развитых стран, где добавки для бетона стали частью строительной индустрии, в России до последнего времени такое производство отсутствовало, а специально для строительства были разработаны и выпускались лишь три добавки, из которых наиболее известным является суперпластификатор С-3. С 1998 г. ситуация стала меняться, и в России достаточно активно развивается производство комплексных добавок полифункционального действия. В этот период появились отечественные добавки МБ, «Премикс FS», КМХ, ЦМИД, которые до настоящего времени успешно конкурируют с модифицирующими добавками таких известных фирм, как «Мапей», «Зика», «Дегуса», «МАК», «Баухими». Основным компонентом для большинства комплексных добавок является микрокремнезем (МК). Благодаря уникальным свойствам и полифункциональному действию МК может обеспечить прочность при сжатии, превышающую в несколько раз прочность немодифицированных бетонов, а при использовании специальных высокопрочных заполнителей прочность модифицированного МК бетона может достигать 300 МПа.

Микрокремнезем является побочным продуктом производства кремния и ферросплавов (именно побочным продуктом, но ни в коем случае не отходом, как это трактуется в ряде источников). Согласно ГОСТ 25916-83«Ресурсы вторичные. Термины и определения», отходы производства — это остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства. Термин «побочный продукт промышленности», определяющий продукт, получение которого не являлось целью производства, но который может быть использован как готовый продукт, наиболее точно характеризует микрокремнезем. В изначальном восприятии микрокремнезема как отхода кроется основное заблуждение и ошибочный подход к оценке эффективности применения МК в составах бетонов и растворов. В основном при рассмотрении экономической эффективности применения МК внимание акцентируется на снижении расхода цемента, что изначально ставит МК в невыгодные условия, так как цена МК существенно выше стоимости портландцемента, и с этой точки зрения применение МК не может быть выгодно. Область эффективного применения МК в составах бетонов и растворов находится среди модифицирующих добавок, поэтому эффективность применения МК правильнее рассматривать, сравнивая его с другими модифицирующими добавками.

Первые исследования МК в качестве добавок для бетонов и растворов были проведены в 1946 г. Тогда был получен первый патент на модификацию цементных систем путем введения в их состав МК. В 1947 г. на предприятии по производству ферросилиция норвежскими учеными были проведены эксперименты по выделению МК в системах дымоочистки. В период с1951по 1952 гг. профессор Бернхардт провел экспериментальные исследования применения МК в бетоне. К началу 60-х гг.началось его промышленное применение в технологии изготовления бетонов и растворов — в качестве модифицирующей добавки в водонепроницаемых и коррозионностойких материалах на цементной основе.

За рубежом начало массового применения бетонов и растворов с использованием МК приходится на середину 70-х гг.,что напрямую связано с принятием жестких мер по борьбе с загрязнением окружающей среды. К 2000 г. в развитых странах Европы, Северной Америки, Японии, Австралии, Бразилии, а в 2002 г. и в Китае, были разработаны и приняты нормативные документы, регламентирующие применение МК в строительстве.

На территории бывшего СССР МК в составе бетонов и растворов начал применяться в начале 80-х гг. На сегодняшний день работы по проблемам применения МК в бетонах и растворах ведутся в МГСУ, НИИЖБ, ПГУПС и ряде других научных организаций. Область применения МК настолько широка, что охватывает гидротехническое и энергетическое, высотное и подземное строительство; используется при строительстве дорог, возведении зданий и сооружений ядерных установок и других уникальных объектов. Так, собор Святого семейства (архитектор Гауди, Испания), строительство которого было начато в 1898 г., был достроен в наше время во многом благодаря применению модифицированного МК бетона.

МК представляет собой тонкодисперсный продукт, состоящий на 80–98 % из SiO2. Частицы МК имеют сферическую форму со средним диаметром 100 Нм.

Удельная поверхность, измеренная методом адсорбции N2, составляет 15–25 кв. м/г [1]. Насыпная плотность отфильтрованного материала составляет приблизительно 200 кг/куб. м, поэтому для целей промышленного применения его уплотняют до 500–800 кг/куб. м.

По данным рентгенофазового анализа, диоксид кремния в МК представлен в основном аморфной модификацией, что определяет роль МК в механизме взаимодействия с продуктами гидратации минералов цемента.

Вместе с тем на эффективность применения МК влияет совокупность таких характеристик, как гидравлическая активность, удельная поверхность, форма и размер частиц, химический состав и наличие примесей, что в основном зависит от природы производимого МК.

В России основными производителями МК являются ОАО «Кузнецкие ферросплавы» и ОАО «Челябинский металлургический завод», входящие в единую группу компаний. Благодаря применению современных технологий и оборудования производимая продукция соответствует требованиям европейских норм (EN13263), а также требованиям национальных нормативных документов Японии, Канады и других стран (табл. 1).

Табл. 1. Требования национальных стандартов к микрокремнезему в различных странах

Требования

США ASTM C1240-01

Европа EN 13263-1

Канада CAN/CSA F3.5-98

Норвегия NS3045: 1992

Япония JIS A6207: 2000

Австралия AS 3582.3-1994

Бразилия NBR 13956 97

Китай GB/T 18736-2002

Россия (заявленные данные производителей)

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Удельная поверхность, м2/г

-

-

-

Индекс пуццолановой активности, %

-

-

>95 в 7 сут. >105 в 28 сут. норм. тв.

-

-

Сравнивая заявленные производителями характеристики с требованиями национальных норм, можно отметить, что производимый отечественными предприятиями МК может быть отнесен к группе высокоэффективных добавок. И казалось бы, что МК, производимый в России, мог бы стать одной из немногих конкурентоспособных модифицирующих добавок, которая сделала бы бессмысленным импорт аналогичных добавок в Россию. Однако нестабильность качества, пренебрежение к элементарной культуре производства, отсутствие учета многих факторов, отрицательно влияющих на активность МК, вынуждают многих потребителей МК переходить на использование импортного продукта, что абсурдно для России, где потенциальное производство МК может покрыть требуемые объемы потребления.

Использование в составах бетонов и растворов МК способствует формированию плотной структуры материала, благодаря чему наряду с повышением прочностных характеристик снижается проницаемость, повышается морозостойкость, стойкость к истиранию и эрозии, а также устойчивость материала к различным видам коррозии, что в конечном итоге определяет его высокую долговечность.

Табл. 2. Составы бетонов для испытаний

№ состава

Цемент (кг)

МК (кг)

Мелкий заполнитель — кварцевый песок (кг)

Крупный заполнитель — гранитный щебень (кг)

Сравнительные испытания эффективности применения различных дозировок МК в составах бетонов на портландцементном вяжущем (табл. 2) показали, что благодаря полифункциональному действию наряду с высокими прочностными характеристиками формируется комплекс основных, необходимых для надежной эксплуатации бетонов и растворов, свойств:• высокая водонепроницаемость;• высокая морозостойкость;

• стойкость к различным видам коррозии.

Такого комплексного эффекта невозможно достигнуть при использовании модифицирующих добавок, обладающих монофункциональным действием.

Полифункциональное действие МК базируется на изменении характера кристаллизации гидратных фаз при введении его в цементную систему, что способствует формированию более плотной структуры за счет увеличения количества пор геля. При этом одновременно уменьшается количество капиллярных пор и наблюдается общее снижение пористости и изменение ее характера.

Резкое уменьшение открытых пор (в 4–6 раз) на фоне более равномерного распределения пор по размерам, а также значительное улучшение микроструктуры цементного камня и формирование менее пористого контактного слоя в системе «наполнитель — вяжущее» связано с реакцией МК и портландита (Ca(OH)2) и формированием переходного слоя из плотного геля С-S-H (1) Тейлоровского типа.

По некоторым данным [2], образование гидросиликатов типа C-S-H (1) сопровождается ускорением гидратации, уменьшением содержания Ca(OH)2, увеличением количества химически связанной воды и удельной поверхности формирующегося камня, что способствует образованию более однородной и менее напряженной структуры.

Благоприятно воздействуя на формирование структуры, МК с точки зрения эффективности применения в бетонах и растворах на цементной основе является в своем роде базовой добавкой для создания высокопрочных, коррозионно-стойких строительных материалов, и применение ее совместно с другими модифицирующими добавками позволяет создавать высококачественные и долговечные материалы.

Литература1. Hjorth. L. Microsilica in Concrete// Nor-dic Concrete Res., №1, p.9, Aalborg Portland, Denmark, 1982.

2. Крамар Л. Я., Трофимов Б. Я., Талисман Л. С., Иванов Ф. М. Влияние добавки микрокремнезема на гидратацию алита и сульфатостойкость цементного камня// Цемент, № 6, 1989, с.14–17.

Автор: А. П. ПустовгарДата: 28.11.2005Журнал Стройпрофиль 8-05Рубрика: бетоны и жби: технологии, оборудование

«« назад

stroyprofile.com


Смотрите также