2
Уважаемые читатели, приветствуем вас в этом тематическом разделе! Современное строительство невозможно представить без специальных химических продуктов, применение которых позволяет сделать его более эффективным и надежным. Они придают необходимые свойства строительным конструкциям, защищают их от агрессивного воздействия, позволяют улучшить эксплутационное состояние зданий и сооружений. А в некоторых случаях ремонт с применением современных материалов и технологий на базе передовых решений строительной химии позволяет спасти объект от сноса и значительно продлить его жизнь. Такие материалы, повсеместно используемые в строительстве и ремонте, как разнообразные сухие строительные смеси (ССС), грунтовки, специальные составы, готовые к применению водно-дисперсионные наполненные полимерные композиции, затирки, штукатурки, шпаклевки, гидроизолирующие и водозащитные составы, краски, герметики - являются композиционными. Они создаются по общему принципу: вяжущее (связующее), заполнители (наполнители), функциональные и модифицирующие химические и минеральные добавки. Назначение и свойства композиционных матеориалов в значительной степени определяет поведение модифицирующих добавок (например, пластификаторов, антипиренов, гидрофобизаторов, воздухововлекателей и т.д.). Разработка и производство таких добавок относитеся к сфере специальной химии. Именно эта наукоемкая индустрия определяет прогресс в строительной химии и строительных технологиях в целом, о чем пойдет речь на этих тематических страницах.
|
Применявшийся для сравнения микрокремнезем содержал 95 % SiO2 c размером частиц 0,1 мкм. Для приготовления растворов в качестве вяжущего был применен обычный портландцемент. Химический состав перечисленных материалов приведен в таблице 1. Таблица 1
Характеристики
материалов
| Материалы | | | Обычный
портландцемент | Микрокремнезем | Нано-SiO2 | Химический состав, %
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
SO3
п.п.п. |
22,0
6,6
2,8
60,1
3,3
2,1
2,6 |
95,0
0,9
0,6
0,3
0,9
0,5
2,1 |
99,9
-
-
-
-
-
0,1 | Физические
свойства:
объемная масса
средний размер частиц
удельная поверх ность, м2/г | 3,15
43 мкм
0,38 | 2,33
0,1 мкм
20 | -
40 нм
50 |
При приготовлении растворов портландцемент и песок с максимальной крупностью зерен смешивались в соотношении 1:2,45. В состав растворов вводился суперпластификатор на основе поликарбоксилата, при этом его количество подбиралось таким образом, чтобы устранить расслоение приготовленных смесей. Растворы приготовлялись с В/В, равным 0,23; 0,25; 0,32; 0,35 и 0,48. Нано- SiO2 добавлялся в растворы в количестве 3, 6, 9 и 12 % по массе портландцемента. При добавлении в растворы микрокремнезема их В/В составляло 0,35; количество указанной добавки равнялось 5, 10 и 15 % по массе портландцемента. Процесс приготовления цементных растворов в ротационном смесителе включал следующие стадии:
1. высокоскоростное перемешивание (120 об./мин) нано-SiO2 с водой в течение 1 мин;
2. в случае добавления в растворы микрокремнезема его перемешивание с портландцементом со средней скоростью (80 об./мин) в течение 30 с;
3. постепенное добавление песка при средней скорости перемешивания;
4. добавление в приготовляемый раствор суперпластификатора при высокой скорости перемешивания в течение 30 с;
5. прекращение перемешивания на 90 с и затем высокоскоростное перемешивание в течение 1 мин. Для определения прочности на сжатие приготовленных растворов из каждой смеси изготовлялось по 6 образцов-кубов с ребром 50 мм, которые извлекались из форм в возрасте 1 сут. и затем твердели в воде в течение 7 или 28 сут. Для определения прочности образцов на сжатие использовалась универсальная испытательная машина. Интенсивность приложения нагрузки к образцам возрастала на 0,24 МПа/с. Микроструктуру образцов исследовали с применением растрового электронного микроскопа. Исследования выявили, что микроструктура образцов, изготовленных из растворов, содержавших нано-SiO2, характеризовалась наличием более плотных продуктов гидратации портландцемента и пониженным содержанием кристаллов Са(ОН)2 (по сравнению с образцами без добавки нано-SiO2). В возрасте 7 сут. количество Са(ОН)2 в образцах, содержавших 10 % нано-SiO2, было равно 4,56 %, в образцах, содержавших 10 % микрокремнезема, - 6,09 %, в образцах без добавок – 6,89 %. Установлено также, что растворы, содержавшие добавку нано-SiO2, отличались повышенным тепловыделением в процессе схватывания и твердения. В частности, в возрасте 3 сут. тепловыделение растворов, содержавших 10 % (по массе портландцемента) нано-SiO2, составляло 238,5 Дж/г. В то же время аналогичный показатель растворов, содержавших 10 % микрокремнезема, равнялся 233,7 Дж/г, обычных портландцементных растворов – 231,1 Дж/г. При этом отмечалось, что повышенное содержание суперпластификатора приводит к замедлению ранней стадии процесса гидратации цементного раствора с добавкой нано-SiO2, и для его ускорения, а также для развития пуццолановой реакции требуется тепловая обработка. Выявлено, что при В/В, составлявшем от 0,23 до 0,48, прочность на сжатие портландцементных растворов возрастала при увеличении содержания в них добавки нано-SiO2 от 3 до 12 %. Однако отмечено, что при повышенном количестве этой добавки необходим строгий контроль расхода воды и суперпластификатора, чтобы избежать обезвоживания и растрескивания образцов. Проведенные эксперименты позволили установить, что содержание нано-SiO2 в портландцементных растворах в количестве 12 % не оказывает отрицательного влияния на их прочностные свойства, но такое количество добавки не следует считать оптимальным для достижения максимальной прочности растворов. На основании проведенных исследований можно предположить, что оптимальное количество нано-SiO2 к портландцементным растворам составляет 6 % при В/В, равном 0,23. Сравнительные данные о прочности портландцементных растворов с добавкой нано-SiO2, а также растворов с добавкой микрокремезема и растворов без добавок приведены в таблице 2 (обозначения: ОРС – раствор на портландцементе, SF5, SF10, SF15 – растворы с добавкой соответственно 5, 10 и 15 % микрокремнезема, NS3, NS6, NS9, NS12 – растворы с добавкой соответственно 3, 6, 9 и 12 нано-SiO2). Таблица 2
Обозначение
состава раствора
| Прочность раствора на сжатие, МПа (В/В=0,35) | | | В возрасте 7 сут. | В возрасте 28 сут. | | ОРС | 38,26 | 44,64 | | SF5 | 38,64 | 43,89 | | SF10 | 40,22 | 47,12 | | SF15 | 41,61 | 50,47 | | NS3 | 38,87 | 47,85 | | NS6 | 40,19 | 50,67 | | NS9 | 43,76 | 51,37 | | NS12 | 48,74 | 58,11 |
Как следует из приведенных в таблице 2 данных, прочностные показатели растворов с добавкой нано-SiO2 превышают показатели портландцементного раствора без добавок и раствора с добавкой микрокремнезема, что объясняется повышенным влиянием нано-SiO2 на развитие пуццолановой реакции. Таким образом, нано-SiO2 можно рассматривать как добавку, которая не только уплотняет микроструктуру портландцементного раствора, но также способствует развитию в нем пуццолановой реакции. Такая добавка пригодна для особовысокопрочного бетона, содержащего тонкодисперсный компонент. C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка цемента можно познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок цемента в России». Byung-Wan Jo, Chang-Hyun Kim, Jae –Hoon Lim. Characteristics of cement mortar with nano-SiO2 particles//ACI Materials Journal. – 2007. – Vol. 104, № 3. – Р. 404, il., tabl. – Bibliogr. : 9 ref. (англ.). Б.А. Беренфельд
ВНИИНТПИ www.newchemistry.ru
|
