Микрокремнезем - вечная материя

Микрокремнезем 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.

Использование микрокремнезема позволяет получать из рядовых материалов бетоны с высокими эксплуатационными характеристиками и уникальными конструкционными возможностями (бетоны, известные в мире как High Performance Concrete):

• 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 40°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.

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. 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

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.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.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.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.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.

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).

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=R_изг/R_сж. Эти данные представлены в табл.
Влияние добавки МК на трещиностойкость мелкозернистого бетона состава 1:2. Возраст 28 суток.

П/п

Количество добавки

Прочность, МПа

Коэффициент трещиностойкости
МК, % Кmp=R_изгиба/R_сжатия

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:

Введение добавки МК в количестве 15% Ц повышает трещиностойкость бетона в 28 суток в 1,5 раза.
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 в Норвегии показали, что по своей потенциальной устойчивости к сульфатам он равен сульфатостойкому портландцементу.