ГЛАВА 1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОКРЕМНЕЗЕМА 1.1. Свойства и применение микрокремнезема Микрокремнезем представляет собой очень мелкие шарообразные частички аморфного кремнезема со средней удельной поверхностью около 20 кв. м/г. По гранулометрическому составу средний размер частиц МК составляет около 0,1 микрона, то есть в 100 меньше среднего размера зерна цемента.. Это мелкодисперсная пыль серого цвета, обладающая аморфными свойствами. Она извлекается из отходящих газов печей при выплавке металлургического кремния и ферросилиция и используется при производстве строительных и ремонтных смесей, огнеупоров, а также для повышения качества бетонов. Получение микрокремнезема Микрокремнезем получают из дуговых электропечей, во время выплавки ферросилиция или металлургического кремния. Под воздействием высокой температуры от электрической дуги, часть кварца испаряется и летит с отходящими газами по газоходу. По мере охлаждения, эта частичка из газообразного переходит в жидкое, а затем в твердое состояние. Частички, летящие по газоходу рядом, образуют агломераты, размер которых иногда доходит до 30 микрон. На фотографии видно, что агломерат белого цвета, с размерами более 20-ти микрон состоит из слипшихся маленьких частичек размером доли микрона. В бункере газоочистки печей насыпная плотность микрокремнезема 150 – 180 кг./м.куб.. На товарный рынок микрокремнезем обычно поставляется уплотненным до 400-600 г/м.куб. Применение микрокремнезема Высокая пуццолановая активность микросилики обусловлена наличием свободных химических связей, сферической формой и размером частиц – в среднем в 500 раз меньше частиц самого цемента. Включение микрокремнезема в бетонную смесь оказывает влияние на свойства как цементного теста, так и цементного камня. Сферическая форма частиц микрокремнезема приводит к «подшипниковому эффекту», улучшая когезионные свойства цементного теста. Малые размеры частиц позволяют микрокремнезему заполнить объем между грубодисперсными частицами цемента. Высокая удельная площадь поверхности (15-30 м2/г) стимулирует образование многочисленных коагуляционных контактов, сокращая объем свободной воды. В результате цементное тесто приобретает высокие когезионные свойства. При этом не наблюдается сегрегация и водоотделение. Бетонная смесь обладает высокой удобоукладываемостью и прокачиваемостью, что особенно важно при высотном строительстве и торкретировании. Пуццолановая активность микрокремнезема обеспечивает переход нестабильной растворимой гидроокиси кальция в прочный кристаллический гидрат силиката кальция, который уплотняет структуру бетона и увеличивает прочность на 20-25%. Преимущества применения микрокремнезема. Нарастание прочности. Микрокремнезем обеспечивает 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. 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 портландцемента. 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. 3ащита арматуры. Исследования бетонных конструкций в возрасте до 12 лет (Норвегия, Швеция) показали, что высококачественные бетоны с содержанием микрокремнезема обладают большей устойчивостью к карбонизации, чем бетоны такой же прочности на обычном портландцементе, и гораздо лучше предотвращают проникновение хлоридов из морской воды. Морозостойкость. Низкая проницаемость и повышенная плотность цементного камня обеспечивают прекрасную морозостойкость бетона с микрокремнеземом. Не существует несовместимости микрокремнезема с воздухововлекающими добавками, в действительности стабильная реологическая структура пластичного бетона с микрокремнеземом уменьшает 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 устойчивость к воздействию целого ряда веществ. Долгосрочные полевые испытания показали, что по своей потенциальной устойчивости к сульфатам он равен сульфатостойкому портландцементу. Основные показатели - 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 ( 25-40МПа в сутки). • Высокоподвижные (ОК=22-24 см) бетонные смеси повышенной связности - нерасслаиваемости.
- Повышенная антикоррозионная стойкость. Добавление микрокремнезема 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 сульфатам и хлоридной агрессии, воздействию слабых кислот, морской воды, повышенной до 400 С температур и морозостойкости).
1.2. Стандарты и технические характеристики микрокремнезема Использование микрокремнезема в РФ регламентируется ГОСТ Р 58894-2020 «Микрокремнезем конденсированный для бетонов и строительных растворов». Данный стандарт устанавливает: - Классификацию микрокремнезема в зависимости от его отпускной формы, химического состава и уровня эффективности в цементных системах;
- Нормативные значения показателей качества микрокремнезема, методы их контроля и оценки соответствия полученных значений показателей качества требованиям настоящего стандарта, безопасности и охраны окружающей среды при его производстве и применении, правила приемки, транспортирования и хранения;
- Указания по применению микрокремнезема;
- Сроки гарантийных обязательств производителей микрокремнезема.
Классификация микрокремнезема: В зависимости от отпускной формы микрокремнезем подразделяют на три вида, которые соответственно маркируют: - МК - неуплотненный конденсированный микрокремнезем с насыпной плотностью от 150 до 399 кг/м;
- МКУ - уплотненный микрокремнезем конденсированный с насыпной плотностью от 400 до 600 кг/м;
- МКС - суспензия (паста) из конденсированного микрокремнезема.
В зависимости от химического состава и эффективности микрокремнезем подразделяют на две группы, которые соответственно маркируют: 65 - конденсированный микрокремнезем, содержащий оксид кремния в количестве не менее 65% и имеющий индекс эффективности не менее 90%; 85 - конденсированный микрокремнезем, содержащий оксид кремния в количестве не менее 85% и имеющий индекс эффективности не менее 105%. Микрокремнезем должен соответствовать требованиям настоящего стандарта, приведенным в таблице 11., а также ГОСТ Р 56592 в части их соответствия критериям, предъявляемым к активным минеральным добавкам с высокими пуццоланическими свойствами, и изготовляться по технологическому регламенту предприятия-изготовителя. Таблица 1.1. Показатели качества микрокремнезема | Наименование показателей | Нормативное значение показателя качества для марок микрокремнезема конденсированного* | | | неуплотненного | уплотненного | суспензии (пасты) | | | МК-65 | МК-85 | МКУ-65 | МКУ-85 | МКС-85 | | 1 Внешний вид | Ультрадисперсный порошкообразный материал серого цвета | Крупнодисперсный порошкообразный материал серого цвета | Текучая жидкость темно-серого цвета | | 2 Массовая доля влаги, %, не более | 3 | 3 | 5 | 5 | 60 | | 3 Массовая доля оксида кремния ( ), %, не менее | 65 | 85 | 65 | 85 | 85** | | 4 Массовая доля потерь при прокаливании (п.п.п.), %, не более | 5 | 3 | 5 | 3 | 5** | | 5 Массовая доля свободных щелочей (в пересчете на  ), %, не более | 2 | 2 | 2 | 2 | 2** | | 6 Массовая доля оксида кальция (СаО), %, не более | 5 | 3 | 5 | 3 | 3** | | 7 Массовая доля оксида серы ( ), %, не более | 2 | 2 | 2 | 2 | 2** | | 8 Массовая доля хлорид-иона ( ), %, не менее | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1** | | 9 Массовая доля оксида хрома (в пересчете на  ), %, не более | 2,8 | - | 2,8 | - | - | | 10 Удельная поверхность конденсированного микрокремнезема, м/кг, не менее | 12000 | 12000 | 12000 | 12000 | - | | 11 Индекс эффективности , %, не менее | 90 | 105 | 90 | 105 | 105** | | 12 Степень пуццоланической активности, мг/г МК, не менее | 70 | 95 | 70 | 95 | - | | 13 Насыпная плотность, кг/м | 150-399 | 150-399 | 400-600 | 400-600 | - | | 14 Плотность суспензии (пасты), кг/м, не менее | - | - | - | - | 1280 | | 15 Показатель активности водородных ионов (рН) водной суспензии (пасты) из микрокремнезема, не менее | - | - | - | - | 7 | | * Классификацию микрокремнезема по маркам проводят на основании худшего из полученных показателей качества.
** В пунктах 3-8, 11 нормы для суспензии (пасты) приведены в пересчете на сухое вещество. | |
