Классификация и характеристики кремнеземсодержащих материалов техногенного происхождения

фикация позволяет оценить материалы с точки зрения их воздействия на цементные системы, поэтому представляется более объективной, чем обычная классификация минеральных добавок по их происхождению. Все материалы, представленные в классификации, имеют общий признак - практически одинаковый качественный состав, но отличаются соотношением компонентов и степенью дисперсности. Преобладание диоксида кремния аморфной модификации и высокая дисперсность предопределяют высокую пуццолановую активность. Поэтому МК и зола от сжигания рисовой шелухи занимают в классификации особое место.

Остановимся на МК, т.к. объемы и география применения делают его предпочтительным по сравнению с золой рисовой шелухи.

Влияние МК на формирование структуры цементной системы зависит от взаимодействия двух факторов, которые условно можно разделить на «физический» и «химический».

Первый фактор, связанный, в основном, с ультрадисперсным размером МК и, в меньшей степени, с химико-минералогическим составом, оказывает существенное влияние на поведение цементной системы на стадии коагуляционного структурообразования, т.е. когда система находится в пластичном состоянии. Особенности системы с МК связаны с заполнением ультрадисперсными частицами пространства между грубодисперсными частицами цемента и образованием многочисленных, хотя и ослабленных, коагуляционных контактов между частицами твердой фазы. Эти обстоятельства, так же, как уменьшение объема свободной воды в системе (за счет увеличения объема адсорбционно-связанной) резко изменяют реологические и технологические свойства: повышают вязкость, пластическую прочность, а также связность (нерасслаиваемость) и тиксотропность смесей. Кроме того, «физический фактор» может благоприятно влиять на формирование структуры на поздней, кристаллизационной стадии, учитывая то, что ультрадисперсный материал, заполнив поры в структуре твердеющего камня, способствует повышению его плотности [4].

Роль «химического фактора» связана, прежде всего с химико-минералогическим составом МК и выражается в изменении баланса между гидратными фазами в составе цементного камня в сторону увеличения объема более прочных и устойчивых низкоосновных ГCK типа волластонита с соотношением С/S≤1,0 вместо первичных кристаллогидратов типа портландита и высокоосновных ГСК [4].

На рис.2 показана тенденция изменения баланса кристаллогидратов в зависимости от присутствия МК и СП в цементной системе.

Присутствие в цементной системе СП, в частности, типа НФ оказывает существенное влияние на процессы формирования структуры. Оно связано как с известными особенностями «адсорбционного механизма» действия ПАВ на цементные системы, так и со специфическими, которые присущи системам с МК.

Комплексное воздействие МК и СП на цементную систему выражается в том, что на ранней стадии структурообразования, в пластичном состоянии, система обретает повышенную вязкость и связность и характеризуется ярко выраженной тиксотропностью, а на поздней стадии цементный камень характеризуется особым качественным составом и особой геометрией структуры. Первое проявляется в повышенном содержании мелкозернистых кристаллогидратов типа CSH(I), прочность которых в идеале может достигать 1000 МПа [9], а реакционная способность значительно ниже, чем у первичных гидратов. Второе – в повышенном содержании гелевых пор и, соответственно, в сокращенном объеме капиллярных [4] (рис.3).

Таким образом, модифицированные с помощью МК и СП цементные системы соответствуют теоретическим представлениям о бетонах высокой и сверхвысокой прочности, низкой проницаемости, повышенной коррозионной стойкости и долговечности.

Характеристики бетонов, достигаемые при модифицировании СП, МК и

комплексами на их основе.

Бетоны, обладающие комплексом уникальных характеристик: высокой и сверхвысокой прочностью (R=80-120 МПа), низкой проницаемостью (W16-W20), высокой коррозионной стойкостью, могут быть получены из сравнительно подвижных смесей (ОК=8…16 см) благодаря СП, МК и комплексам на их основе. Достижение таких характеристик возможно при дозировках МК от 15 до 20%, СП типа НФ от1,5 до 2,0%, расходах портландцемента в пределах 500…550 кг/м³, водоцементном отношении 0,24…0,28 и использовании гранитного щебня. С дополнительным введением газообразующего компонента – полигидросилоксана марки «136-41» одновременно с высокой прочностью R=90-100 МПа обеспечивается высокая морозостойкость: F1000 [10].

Указанные характеристики являются результатом влияния трех факторов: изменения баланса кристаллогидратов в структуре цементного камня, соотношения между капиллярными и гелевыми порами в пользу последних, а также упрочнения зоны контакта цементного камня с заполнителем, что связано с резким уменьшением содержания кристаллов портландита, обычно концентрирующихся в контактной зоне. В примерах с бетонами высокой морозостойкости в дополнение к вышеизложенным факторам оказывает влияние «мозаичная» гидрофобизация, вызванная полигидросилоксаном,

	V, %

и оптимальная условно-замкнутая пористость цементного камня, которая выражается в равномерном распределении дисперсных пор сферической формы, смягчающих напряжения в структуре от резких температурных перепадов.

Особого внимания заслуживает полученный в экспериментальном порядке материал, который показывает потенциальные возможности технологии и применения новых композиций. Имеется ввиду бетон с очень высокими характеристиками, так называемый Reactive Powder Concrete (RPC). Основной принцип получения RPC - обеспечение однородности структуры путем исключения крупного заполнителя, уплотнение смеси за счет оптимизации гранулометрического состава, использование давления и повышенной температуры в процессе твердения. Компонентами такого бетона являются портландцемент, МК (25-30% массы цемента), мелкозернистый песок фракции около 0,3 мм (40-50% массы цемента) и СП (2,0-3,0% массы цемента) при водотвердом отношении (В/Ц+МК) в диапазоне 0,12-0,15. Прочность таких бетонов зависит от условий твердения. Термическая обработка интенсифицирует пуццолановую реакцию и образование одной из наиболее прочных разновидностей СSH(I) – ксонотлита. Термообработка при 90^оС и атмосферном давлении позволяет достигнуть прочности на сжатие до 200 МПа; при той же температуре и давлении 500 ати прочность на сжатие может достигнуть 650 МПа [11].

Этот материал имеет минимальную пористость, которая не превышает 9%, практически непроницаем для жидкостей и газов, обладает высокой морозостойкостью и поэтому по функциональным свойствам в ряде случаев превосходит сталь.