В ДОМЕ ТЕПЛО. НА ДУШЕ СПОКОЙНО

 

Микрокремнезем образуется в процессе выплавки сплавов кремния (ферросилиция). После окисления и конденсации некоторая часть моноокиси кремния образует чрезвычайно мелкий продукт в виде ультрадисперсного порошка, частицы которого представляют собой частички аморфного кремнезема со средней удельной поверхностью около 20 кв. м/г. Средний размер гранул составляет около 0,1 микрона, то есть в 100 меньше среднего размера зерна цемента.

 

По сути, микрокремнезем - это высокореакционный пуццолан и нужен для получения более долговечного и прочного цементного камня.

 

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

    - Стойкость к истиранию.

    - Высокоподвижные (ОК=22-24 см) бетонные смеси повышенной связности - нерасслаиваемости.

    - 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).

    - Уменьшенный до 200-450 кг/м3 расход цемента.

    - 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).

 

Норвежский университет естественных и технических наук в Тронхейме изучает свойства бетона с содержанием микрокремнезема уже 35 лет. Расширение применения порошка микрокремнезема в готовых бетонных смесях с 1975 привело к принятию норвежских стандартов для микрокремнезема в цементе (1976) и в бетоне (1978). В Канаде использование микрокремнезема в бетоне было одобрено в 1981, в том же году первые промышленные смеси портландцемент/микрокремнезем были произведены в Исландии. В Канаде такие смеси появились в 1982. Микрокремнезем используется везде - от бетонных блоков до нефтяных сооружений, и его рабочие качества исследуются и проверяются по всему миру. Мы широко используем результаты исследований  Норвежского университета естественных и технических наук в своем производстве.

  

Физические характеристики

 Частицы микрокремнезема имеют гладкую поверхность и сферическую форму. Средний размер частиц составляет 0,1-0,2 микрон, то есть они в 50-100 раз мельче цемента или летучей золы, а удельная площадь поверхности составляет от 13000 до 25000 м2/кг. Порошок фактически состоит из рыхлых агломератов с очень низкой насыпной плотностью. По сравнению с другими вяжущими материалами, микрокремнезем отличается очень высоким содержанием реактивного кремнезема и мелкостью. 

 

Воздействие на свойства бетона

 Суспензии и порошки существенно отличаются только по своему воздействию на пластичный бетон. Их влияние на свойства затвердевшего бетона одинаково. Поскольку суспензии микрокремнезема без примесей, вероятно, представляют наибольший интерес для производителей бетона, в остальной части текста термин “микрокремнезем” употребляется по отношении к 50% водной суспензии, если не указано иное. Дозировка микрокремнезема выражается в процентном содержании твердого микрокремнезема от массы цемента. Вес добавляемой в смесь суспензии в два раза превышает вес требуемого твердого микрокремнезема.

 

Пластические свойства

 Опыт работы показал, что правильно составленная бетонная смесь, содержащая менее 300 кг/м3 обычного портландцемента и менее 10% микрокремнезема, практически не отличается по водопотребности по сравнению с обычными смесями с тем же общим содержанием вяжущих.  

На первый взгляд свежеприготовленная бетонная смесь кажется очень жесткой, однако, ее намного легче подавать насосом, укладывать и отделывать. В работе с микрокремнеземом наблюдалось интересное поведение смеси - повышение удобообрабатываемости после длительного перемешивания или прохождения через бетононасос.

Рассеявшись по объёму, мельчайшие частицы микрокремнезема уплотняют и стабилизируют смесь и существенно снижают выступание воды и расслоение. В жирных смесях это может привести к образованию трещин при пластической усадке, поскольку вода, испаряющаяся с поверхности, не заменяется выступающей водой. Поэтому, в жаркую или ветреную погоду необходимо уделять особое внимание защите и выдерживанию бетона.

 

Нарастание прочности.

 Как и все пуццолановые материалы, микрокремнезем вступает в реакцию с гидрокисью кальция, освобождаемой при гидратации портландцемента для образования вяжущих соединений. Очень высокая чистота и мелкость микрокремнезема 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. 

Микрокремнезем может обеспечить прочность на сжатие, намного превышающую прочность обычных бетонов, и здесь ограничивающим фактором является только прочность заполнителя.

Темпы нарастания прочности обычного бетона с содержанием микрокремнезема слегка отличается по сравнению с современными бетонами на обычном портландцементе. Обычно через 7 дней он приобретает только 55-65% от 28-дневной прочности при выдерживании при температуре 20 гр.С. Основная пуццолановая активность протекает между 7 и 20 днями.

Опыт показал, что 1 кг микрокремнезема может обеспечивать такую же прочность, как 3-5 кг обычного портландцемента, в смесях одинаковой удобообрабатываемости при умеренном содержании микрокремнезема 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 микрокремнезема - менее 10%, значение К-фактора может составлять около 4.

В Норвегии средняя дозировка микрокремнезема для смесей обычной прочности составляет 8%. При добавлении микрокремнезема в количестве до 30% в сочетании с суперпластификаторами можно получить смеси с отношением вода/вяжущие ниже 0,3.  При этом качество бетонных изделий аналогично качеству, получаемому при известной технологии СИСТРОМ.

Такие бетоны могут достигать очень высокой ранней прочности, но важно осуществлять выдерживание во влажном режиме. Выдерживание в сухом режиме ведет к самовысушиванию и желаемый результат может быть и не достигнут. Так, в теплое время года, наше производство использует герметизацию поверхности упаковки пленкой.

Известно, что пуццолан более чувствителен к изменениям температуры, нежели портландцемент, и микрокремнезем - не исключение. При низких температурах пуццолановая реакция замедляется, а при высоких - ускоряется, причем в обоих случаях значительнее по сравнению с портландцементом. По количеству теплоты, выделяемой при гидратации, микрокремнезем 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.

 

Щелочность

 Доказано, что микрокремнезем оказывает существенное влияние на щелочность воды в порах цементного геля. Пуццолановая реакция, по-видимому, приводит к образованию геля с высоким содержанием кремнезема, связывающего щелочные металлы, и возможно, с высоким содержанием связанной воды. Уровень водородного показателя pH воды в порах бетона на обычном портландцементе равен 14. При добавлении даже умеренного количества микрокремнезема он очень быстро снижается до 13. При добавлении свыше 15% микрокремнезем в конечном счете забирает из воды в порах практически все ионы щелочных металлов, понижая уровень pH до 12,5. При добавлении около 25% микрокремнезем нейтрализует всю свободную известь, освобожденную силикатами портландцемента. При этом общий уровень pH бетона не снижается до того, что это оказывает неблагоприятное воздействие на инертность арматуры.

 

Проницаемость

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

 

Морозостойкость

 Низкая проницаемость и повышенная плотность цементного камня обеспечивает прекрасную морозостойкость бетона с микрокремнеземом. По всей видимости, не существует теоретической несовместимости микрокремнезема с воздуховолекающими добавками, в действительности стабильная реологическая структура пластичного бетона с микрокремнеземом должна уменьшать потерю вовлеченного воздуха при транспортировке и вибрировании.

 

Химическое воздействие

 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.