Применение микрокремнезема

     Некоторые свойства бетонов, такие как прочность, водонепроницаемость и некоторые другие, возможно повышать при помощи совокупности микрокремнезема (МК) и водоредуцирующей добавки. Изменения в структуре происходят за счет нестандартного рассредоточения пор, которое отмечается в бетонах с наличием МК, где объем кремниевого диоксида превышает 85%, а в связи с тем, что МК - это производственный отход, на количество кремния в нем влияет качество сплавов.

 

     Сотрудниками НИИЖБ был проведен эксперимент, целью которого, было исследование свойств камня с присутствием в составе МК и его структуры. Для этого использовалось три различных типа МК, физические и химические свойства которых отображены в табл.1 (W – водопотребность, S –уд. поверхность, r - ист. плотность).

Табл. 1

Марк.

%-ый состав

W, 
%

S, 
м2/г

r, 
т/м3

Диокс. крения

Окс. алюминия

Окс. железа

Окс. кальция

Окс. магния

Окс. калия+окс. натрия

Окс. серы

Карбид кремния

Окс. хрома

п.п.п.

Бкр

91,6

0,6

0,5

1,3

0

0

0

4,3

0

2,1

42,0

25

0,17

Ефс

70,0

2,1

3,5

11,5

0,1

0,9

0,4

0

0

11,8

137,0

45

0,16

Афсх

65,5

1,6

2,5

0,7

14,6

0

0

0

2,2

2,1

40,0

18

0,27

 

В ходе эксперимента использовались следующие вещества:

- щебень  (5…20 мм);

- песок  (0…5 мм);

- портландцемент (марка 400, минеральные добавки отсутствуют).

Водоредуцирующей добавкой выступал суперпластификатор С-З.

 

     Контрольный образец и составы образцов, на которых проводилось исследование, отражены в табл.2. Каждый из составов содержал равное количество воды и одинаковую дозировку МК. Объем добавки С-З подбирался исходя из возможности достижения нормальной густоты цемента. Единоразово этот объем был увеличен для отображения его воздействия на свойства камня.

Табл.2

 

Маркировка

Состав цемента, кг

(Ц/МК)

С-З, % (Ц+МК)

К

                      2,00/-

-

Ефс=10

1,81/0,18

0,6

Ефс=20

1,66/0,33

1,3

Ефс=30

1,53/0,46

2,7

Ефс=20

1,66/0,33

2,0

Бкр=20

1,66/0,33

0,4

Афсх=20

1,66/0,33

0,3

 

Исследование пористости цемента.

 

     Такой показатель, как пористость бетона определялся на образцах различного размера по прошествии 3 суток, недели, двух недель и 28 суток. Структура исследовалась после 28 суток.

 

      Для определения данного показателя было использовано несколько методов исследования: магнитный резонанс, оптическая микроскопия, рентгеновская дифракция и ртутная порометрия. В результате было выявлено, что при незначительной разнице в значениях общей пористости (до 2%) заметны изменения в характере рассредоточения пор различного диаметра. Все поровое пространство при этом было условно разделено на 4 уровня дисперсности, соответствующих одной из популярных классификаций структуры цемента. В табл. 3 отражены результаты исследования пористости цемента:

Табл. 3

 

Маркировка

П о р и с т о с т ь,  %

технологическая (макроскопический уровень)

капиллярная

микроскопический/суб микроскопический ур-нь

гелевая (надмолекулярный уровень)

общая

К

2,5

4,7/8,2

18,1

33,5

Ефс=10

2,9

1,6/7,4

21,6

33,5

Ефс=20

4,3

1,0/5,0

23,4

33,7

Ефс=30

2,9

1,8/4,2

24,5

33,4

Ефс=20

3,6

1,1/3,8

26,7

35,2

Бкр=20

4,3

1,6/6,4

23,1

35,4

Афсх=20

3,7

1,9/7,0

22,6

34,2

    Тип введенного МК и количество С-З оказывают влияние на объем пор: с повышением дозировки с 10 до 30% пористость возросла с 3,4 до 6,3%, а повышение С-З увеличивает пористость более, чем на 3%. Как увеличение количества МК, так и С-З одинаково влияют на повышение уровня гидратации и прочности цемента.

Общие показатели изменения структуры в исследуемых образцах и ее воздействия на свойства и характеристики бетонов отображены в табл.4 :

Табл. 4

 

Маркировка

Содержание компонентов,
кг/м3

(МК/Ц)

С-3, %
(Ц+МК)

Rb, 
МПа

Водопроницаемость

(коэф.фильтрации/марка по водонепрониц.)

Газопроницаемость

(параметр водопрониц./коэф.

диффузии)

F

К

0/350,0

0,6

41,0

34,7/8

322/3,6

300,0

Ефс

35,0/315,0

1,1

51,0

1,5/20

67/2,5

300,0

60,0/290,0

1,9

56,0

2,7/18

75/2,9

50,0

80,0/270,0

2,9

61,0

2,5/18

92/3,5

0

Бкр

35,0\315,0

0,6

51,0

8,5/16

105/3,4

300,0

60,0/290,0

0,7

55,0

7,5/16

127/3,5

50,0

80,0/270,0

0,8

63,0

2,0/18

70/3,4

0

Афсх

35,0/315,0

0,6

45,0

14,1/12

178/3,3

300,0

60,0/290,0

0,7

47,0

11,1/14

135/3,2

100,0

80,0/270,0

0,8

51,0

2,1/18

91/3,2

50,0

Выводы.

      Исходя из результатов исследования можно утверждать, что любое количество добавок МК воздействует на увеличение прочности бетона, но при этом снижает его газо- и водопроницаемость. Камень с большим вхождением в состав МК менее устойчив к замораживанию и оттаиванию.

 

  Показатель кремниевого диоксида в микрокремнеземе не слишком отражается на капиллярной пористости и ее надмолекулярным уровнем, но все же увеличивает прочность. Рост дисперсности МК понижает капиллярный тип пористости и, следовательно, уменьшается проницаемость.  Таким образом, рост дозировки МК способствует возрастанию объема гелевых пор и числа гидросиликатов кальция, снижая проницаемость и микро- и субмикроскопический уровни пористости, одновременно увеличивая показатель его прочности.