Микрокремнезем

Микрокремнезем формируется в процессе выплавки кремния или ферросилиция. После конденсации и окисления, часть кремниевой моноокиси образует чрезвычайно мелкий продукт на вид такой, как ультрадисперсный порошок, при этом его частицы - это частицы аморфного кремнезема, которые имеют среднюю удельную поверхность около двадцати кв. м/г. Гранулы среднего размера составляют около 0,1 микрона, а это в сто раз меньше зерна цемента среднего размера.

Микрокремнеземом является высокореакционный пуццолан и его предназначение в получении  прочного и долговечного цементного камня.

Его использование дает возможность получать из простых материалов бетоны, которые имеют уникальные возможности для конструкций и  высокие эксплуатационные характеристики:

Университет в Норвегии технических и естественных наук в городе Тронхейм исследует свойства бетона, который содержит микрокремнезем уже тридцать пять лет. С 1975 года началось расширение применения микрокремнезема в бетонных смесях, что в 1976 году в Норвегии привело к принятию стандартов в цементе для микрокремнезема, а в 1978 году и в бетоне. Использование микрокремнезема в бетоне было одобрено в Канаде в 1981году, и в этом же году самые первые смеси микрокремнезем/портландцемент начали производиться в Исландии. А уже в 1982 году эти смеси появились и в Канаде. Микрокремнезем используют, начиная от бетонных блоков и заканчивая нефтяными сооружениями, а  его качество проверяют и исследуют во всем мире.  В наше время широко используются результаты исследований   университета Норвегии технических и естественных наук в производстве.

На данный момент есть превосходная альтернатива микрокремнезему - высокоактивный метакаолин, также являющийся пуццолановой добавкой, но являющийся не продуктом отходов нестабильного качества, а продуктом промышленного производства.

Физические характеристики

Частицы микрокремнезема имеют сферическую форму и гладкую поверхность. При этом средний размер частиц - 0,1-0,2 микрон, можно сказать, что они в пятьдесят - сто раз мельче, чем частицы летучей золы или цемента, а их удельная площадь поверхности - от тринадцати тысяч до двадцати пяти тысяч м2/кг. Порошок состоит из рыхлых агломератов, которые имеют низкую насыпную плотность. В сравнение с другими вяжущими материалами, он отличается своей мелкостью и повышенным содержанием реактивного кремнезема.

Воздействие на свойства бетона

Порошки и суспензии значительно отличаются по воздействию на бетон, при этом они имеют одинаковое влияние на свойства бетона, который затвердел. Так как суспензии микрокремнезема не имеют примесей,  то представляют очень большой интерес для всех производителей бетона.  Его дозировка выражается в процентном содержании микрокремнезема от цементной массы. Вес суспензии, которая добавляется в смесь, в 2 раза превышает вес нужного твердого микрокремнезема.

Пластические свойства микрокремнезема

Опыт проводимой работы показал, что если смесь бетона, составленная правильно, то она не содержит менее трехсот кг/м3 портландцемента и менее десяти процентов микрокремнезема, а также не отличается по водопотребности в сравнение с обыкновенными смесями с тем же содержанием вяжущих составляющих.

Свежеприготовленная смесь бетона, на первый взгляд, кажется жесткой, но ее подавать насосом намного легче, а также отделывать и укладывать. Во время работы с микрокремнеземом наблюдалось  повышение удобообрабатываемости после того, как его долго перемешивали или проводили через бетононасос.

Мельчайшие частички микрокремнезема, когда рассеиваются по объёму,  стабилизируют  и уплотняют смесь, значительно при этом снижая  расслоение и выступание воды. Если же смесь жирная, то это приведет к образованию трещин во время пластической усадки, так как  вода, которая испаряется, не заменяется с поверхности водой выступающей. Именно поэтому, в ветреную или жаркую погоду нужно уделять внимание выдерживанию и защите бетона.

Нарастание прочности

Микрокремнезем, как и все пуццолановые материалы, имеет свойство вступать в реакцию с кольцевой гидроокисью, которая освобождается во время гидратации портландцемента, что нужно для образования вяжущих составляющих. Очень высокая мелкость и чистота микрокремнезема способствует более быстрой и эффективной реакции. При рассеивании, тысячи сферических реактивных микрочастиц окружают зерна цемента, при этом уплотняя раствор цемента и заполняя все пустоты прочными продуктами гидратации улучшая сцепление.

Микрокремнезем обеспечивает прочность на сжатие, которое намного превышает прочность обыкновенных бетонов. Единственным ограничивающим фактором здесь будет прочность заполнителя.

Темпы нарастания прочности обыкновенного бетона, который  содержит микрокремнезем, немного отличается в сравнение с бетонами современными на обычном портландцементе. Через семь дней микрокремнезем приобретает лишь 55-65 процентов от двадцати восьмидневной прочности во время выдерживания при температуре двадцать градусов по Цельсию. А пуццолановая активность протекает между семи и двадцати днями.

Проведенный опыт показал, что один килограмм микрокремнезема обеспечивает точно такую же прочность, как и 3-5 килограмм обыкновенного портландцемента в смесях, которые содержат одинаковую удобообрабатываемость при небольшом содержании цемента и микрокремнезема  в обеих смесях. На такую вяжущую эффективность оказывает влияние содержание материалов, но если содержание микрокремнезема  менее десяти процентов, а обычного портландцемента двести триста кг/м3 , при этом значение К-фактора составляет около четырех.

Средняя дозировка микрокремнезема для смеси обыкновенной прочности в Норвегии составляет восемь процентов. Во время добавления микрокремнезема в объеме до тридцати процентов и в сочетании с суперпластификаторами, получатся смеси с отношением вода/вяжущие ниже, чем 0,3.  А  качество изделий из бетона будет аналогично качеству, которое получается при технологии СИСТРОМ.

Эти бетоны могут достигнуть высокой ранней прочности, но при этом необходимо проводить выдерживание в режиме влажности. Выдерживание же в сухом режиме, приведет к самовысушиванию и результат не достигается. В теплое время года на производстве используют пленку для  герметизации поверхности упаковки.

Пуццолан в сравнение с портландцементом, более чувствителен к колебаниям  температуры. Если температуры низкие, то пуццолановая реакция будет замедляться, а если температуры высокие – ускоряться. В обоих случаях это будет значительнее, в сравнение с портландцементом. Микрокремнезем по количеству выделяемой при гидратации теплоты, находится между портландцементом  и обыкновенным портландцементом и  RHPC, хоть при этом нарастание теплоты происходит значительно медленнее.

Щелочность

 Было доказано, что микрокремнезем оказывает значительное влияние на щелочность воды, которая содержится в порах цементного геля. Реакция пуццолана приводит к образованию геля, который имеет высокое содержание кремнезема и связывает щелочные металлы с высоким содержанием воды. Уровень показателя водорода pH воды в бетонных порах на обыкновенном портландцементе равняется четырнадцати. При добавлении даже небольшого количества микрокремнезема, он быстро снизится до тринадцати. Во время добавления свыше пятнадцати процентов, микрокремнезем забирает из воды в бетонных порах почти все ионы щелочных металлов, при этом понижая уровень pH до двенадцати целых пяти десятых. При добавлении двадцати пяти процентов он нейтрализует всю известь, которая освобождена силикатами портландцемента.

Проницаемость

Пуццолановые сферические микрочастицы создают эффект заполнения пор, что способствует существенному уменьшению проницаемости и капиллярной пористости бетона. Непроницаемый бетон  фактически можно получить при сравнительно низком содержании обыкновенного портландцемента и умеренном содержании микрокремнезема. Так как микрокремнезем больше оказывает влияние на проницаемость, чем на прочность, то бетон, который содержит микрокремнезема, будет менее проницаемым, чем бетон на обыкновенном портландцементе эквивалентной прочности.

Морозостойкость

 Повышенная плотность и низкая проницаемость цементного камня  обеспечивает хорошую морозостойкость бетона вместе с микрокремнеземом. Теоретической несовместимости микрокремнезема с воздухововлекающими добавками нет, на самом деле реологическая стабильная структура бетона с микрокремнеземом призвана уменьшать потерю воздуха во время вибрирования и транспортировки.

Химическое воздействие

Низкое содержание свободной извести, и  низкая проницаемость, повышает бетонную устойчивость к воздействию химическо-агрессивных веществ. Бетон с микрокремнезем обладает этими качествами и проявляет хорошую устойчивость к воздействию ряда веществ. Длительные норвежские полевые испытания смогли показать, что по потенциальной устойчивости в отношении к сульфатам он приравнивается к сульфатостойкому портландцементу.