Разнообразные свойства микрокремнезема

Наряду с углеродными НЧ в последние годы при производстве материалов на основе портландцемента во всевозрастающих объемах стали использовать НЧ диоксида кремния. Эти НЧ несколько менее активны, чем углеродные, зато они несравненно дешевле. Более того, одна из разновидностей данных НЧ - микрокремнезем (МК) - образуется как побочный продукт при производстве элементного (металлического) кремния и ферросилиция. Хотя в основном этот продукт состоит из частиц, размеры которых лежат в коллоидном диапазоне, в нем немало и частиц наноразмерного диапазона.

За рубежом МК используют уже около 30 лет, прежде всего при сооружении высотных зданий. В России с недавнего времени после обстоятельных исследований, проведенных в Научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона (г. Москва), МК также начали применять в заметных объемах. Его рекомендовано использовать по следующим наиболее рациональным направлениям:

· при изготовлении несущих и ограждающих конструкций для транспортного, промышленного и гражданского строительства, в том числе подземных и гидротехнических сооружений;

· при возведении монолитных железобетонных массивов с модулем поверхности менее трех, к которым предъявляются требования по обеспечению пониженной кинетики тепловыделения;

· при строительстве конструкций из бетонов низкой проницаемости (марок по водонепроницаемости W16 - W20), повышенной коррозионной стойкости (без вторичной защиты) и морозостойкости при одновременном обеспечении высокой прочности;

· при изготовлении конструкций из бетонов высокой (классы В45 - В60) и сверхвысокой (классы выше В60) прочности, изделий из пластичных бетонных смесей;

· при необходимости обеспечения высокой ранней прочности (на уровне 25 - 30 МПа в возрасте 1 - 2 суток), достаточной для распалубки конструкций и их нагружения;

· при возведении специальных конструкций с использованием высокопластичных нерасслаивающихся бетонных смесей;

· при возведении преднапряженных железобетонных конструкций с учетом возможностей ранней передачи напряжений с арматуры на бетон;

· при устройстве высокоплотных и прочных защитных покрытий способом пневмобетонирования ("мокрого" торкретирования) и при ремонтно-восстановительных работах на ответственных сооружениях;

· при возведении уникальных конструкций и сооружений из высокопрочного и сверхвысокопрочного дисперсно-армированного бетона (фибробетона);

· при устройстве сооружений из бетона сверхнизкой проницаемости для консервации и захоронения отходов, в том числе радиоактивных.

Отметим, что использование этого наноматериала позволяет получить бетон с расходом цемента 200 - 450 кг/куб. м и следующими характеристиками: марочная прочность М300 - М1000, водонепроницаемость W12 - W16, морозостойкость F200 - F600 и даже F1000, коррозионная стойкость не ниже чем у сульфатостойкого цемента.

При использовании МК появляется возможность экономить до 25% цемента в бетонах без потери их технологических свойств.

Средство против трещин

Еще более эффективным, чем МК, наномодификатором бетонов на основе портландцемента является кремнезоль (КЗ). Он представляет собой водный коллоидный раствор диоксида кремния. Другими словами, это взвесь в воде частиц диоксида кремния.

Исследованиями, проведенными в Университете путей сообщений (г. Санкт-Петербург), установлено, что введение КЗ в количестве 1% от массы цемента позволяет повысить прочность при сжатии и изгибе до 50%, а также долговечность изделий.

Установлено, что КЗ оказывает на цемент тройное воздействие - усиливает гидратацию, блокирует поры, то есть снижает водопроницаемость, увеличивает клеящую способность.

Исследования по ГОСТ 5802-86 показали, что водопоглощение при возрастании в бетоне количества КЗ от 0 до 0,45% снижается с 23 до 2,5%. При этом, как установлено с помощью прибора "ВидеоТест", уменьшается размер пор.

Физико-химическими методами исследования определено, что в присутствии КЗ повышается глубина гидратации цемента, а с помощью дифференциально-термического анализа установлено, что в присутствии указанной добавки количество химически связанной воды увеличивается на 26%. Этот вывод подтверждают данные калориметрических исследований, показавшие, что общее количество теплоты, выделяющееся за 72 часа, с КЗ на 17% выше.

Исследование трещиностойкости производилось по косвенной оценке - отношению прочности при изгибе к прочности при сжатии. Установлено, что для всех видов цемента в присутствии 0,3% КЗ происходит повышение прочности и при сжатии, и при изгибе.

В Санкт-Петербурге КЗ, производимый ООО "НПП Голдтар" под названием "Укрепляющая пропитка "Голдтар", уже давно используют для укрепления поверхностного слоя пористых каменных материалов (бетона, кирпича, штукатурки, шифера). Установлено, что одновременно повышается стойкость поверхности изделий к кислотам, абразивному износу, газовой коррозии. Используют КЗ и для устройства бетонных промышленных полов, взлетных полос аэродромов, причалов, тоннелей.

Предварительное пропитывание кремнезолем поверхности старого бетона перед нанесением свежего способствует повышению адгезионной прочности, а обработка им поверхности свежего бетона предотвращает образование микротрещин в процессе твердения. Обработка же зрелого бетона позволяет устранить уже образовавшиеся трещины.