Микрокремнезём

Микрокремнезём - активная минеральная добавка техногенного происхождения, обладающая высокой пуццоланической активностью, состоящая из сферических частиц размером менее 1 мкм (10^-6 м) с удельной поверхностью не менее 12000 м²/кг, содержащая аморфный оксид кремния, образующийся в процессе физической конденсации газов в системах газоочистки печей, выплавляющих кремнийсодержащие сплавы, например кристаллический кремний, ферросилиций, ферросиликохром и др. Ультрадисперсный материал, состоящий из сферических частиц размером менее 1 нм, содержащий аморфный оксид кремния, образующийся в процессе конденсации и очистки газов при производстве ферросилиция и кристаллического кремния или золя наночастиц, в том числе получаемого из геотермальных источников называют нанокремнезёмом.

Классификация

По отпускной форме подразделяется на виды:

• МК - неуплотненный конденсированный микрокремнезем с насыпной плотностью от 150 до 399 кг/м 3;
• МКУ - уплотненный микрокремнезем конденсированный с насыпной плотностью от 400 до 600 кг/м 3;
• МКС - суспензия (паста) из конденсированного микрокремнезема? получаемая путем смешения конденсированного микрокремнезема, воды и стабилизирующего компонента, и, при необходимости, добавки пластифицирующего действия.

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 %.

Изготовление

//по п.6.3 ОДМ 218.8.8.001-2020 Методические рекомендации по разработке составов бетонов высокой прочности на основе высокодисперсных и тонкомолотых заполнителей (минеральные и техногенные вещества, в том числе молотый стеклобой) в дорожном строительстве //

Характеристики микрокремнезема

Технические требования по ГОСТ 31108-2020:

• для микрокремнезема, применяемого в качестве минеральной добавки к цементам, потеря массы при прокаливании при 950 °С - 1000 °С при времени прокаливания 1 ч не должна превышать 4,0 % масс;
• содержание элементарного кремния (Si) в микрокремнеземе не должно превышать 0,4 % масс.;
• удельная поверхность непереработанного микрокремнезема при испытаниях по методу низкотемпературной адсорбции азота составляет не менее 15,0 м²/г. Для совместного измельчения с клинкером и сульфатом кальция микрокремнезем может применяться в исходном, уплотненном состоянии либо в виде брикетов, полученных прессованием с увлажнением .

Технические требования по ГОСТ Р 58894-2020 даны более подробно.

Применение

Использование в составе цементов

Микрокремнезем может быть использован в составе пуццолановых цементов (максимальное содержание микрокремнезема в цементах не должно превышать 10%):

• тип IV/A - пуццолановый цемент, содержащий в качестве основных компонентов портландцементный клинкер и микрокремнезем или пуццолану, или глиеж, или золу-уноса в количестве от 11% до 35%;
• тип IV/B - пуццолановый цемент, содержащий в качестве основных компонентов портландцементный клинкер и микрокремнезем или пуццолану, или глиеж, или золу-уноса в количестве от 36% до 55%.

Портландцемент с минеральной добавкой ЦЕМ II/A по ГОСТ 31108-2020 может быть изготовлен с применением микрокремнезема (8-10% или по другим данным - 6-10%). Цемент маркируется ЦЕМ II/А-Мк.

Сульфатостойкий портландцемент по ГОСТ ГОСТ 22266-2013 типов ЦЕМ II/А-К(Ш-П) СС, ЦЕМ II/А-К(Ш-П,МК) СС классов по прочности 32,5Н; 32,5Б; 42,5Н изготавливают с минеральной добавкой в виде смеси шлака с пуццоланой или микрокремнеземом.

Производство органо-минеральных добавок

// ГОСТ Р 56178-2014 Модификаторы органо-минеральные типа МБ для бетонов, строительных растворов и сухих смесей. Технические условия //

Использование как минеральной добавки в бетонах и растворах

Микрокремнезем является важнейшим компонентом при производстве бетонов с высокими эксплуатационными свойствами.

При производстве бетонных смесей для высокопрочных бетонов (классов B60-B100) следует применять портландцементы класса ЦЕМ I 52,5 (ГОСТ 31108-2020) с содержанием C3A в клинкерной части в количестве не более 8%, суперпластификаторы (соответствующие требованиям ГОСТ 24211), а также минеральные добавки соответствующие ГОСТ Р 56592, в том числе микрокремнезём, или органоминеральные модификаторы, соответствующие ГОСТ Р 56178.

Микрокремнезем следует применять совместно с добавками пластифицирующего действия, а при необходимости и с другими добавками по ГОСТ 24211 и ГОСТ Р 56592 для производства:

• тяжелых, мелкозернистых, легких и ячеистых бетонов, а также строительных растворов и сухих смесей по ГОСТ 26633, ГОСТ 25820, ГОСТ 25485, ГОСТ 28013 и ГОСТ 31357, предназначенных для возведения и ремонта несущих и ограждающих конструкций для транспортного, промышленного и гражданского строительства, в том числе подземных и гидротехнических сооружений. В частности может использоваться для производства полистиролбетона.

• комплексных органоминеральных модификаторов по ГОСТ Р 56178, предназначенных для производства бетонов, растворов и сухих смесей с высокими эксплуатационными свойствами.

Микрокремнезем применяют для получения:

• бетонов и растворов высокой прочности, низкой проницаемости и повышенной коррозионной стойкости, применяемых в промышленном, гражданском, транспортном и других видах строительства;

• малоцементных бетонов и растворов с пониженной экзотермией;

• бетонных смесей улучшенных технологических свойств, в том числе высокоподвижных и самоуплотняющихся, обладающих высокой степенью сегрегационной устойчивости.

Основные эффекты от применения микрокремнезема - обеспечение высокой прочности и низкой проницаемости бетона и строительного раствора, а также их повышенной коррозионной стойкости.

Применение микрокремнезема, особенно в неуплотненном состоянии (МК), при производстве бетонов требует специального оборудования для приемки, хранения и подачи его в бетоносмесители.

При производстве бетонов, строительных растворов и сухих смесей с микрокремнеземом в качестве вяжущего следует применять портландцементы по ГОСТ 31108 и сульфатостойкие цементы по ГОСТ 22266.

Оптимальная дозировка микрокремнезема должна быть в диапазоне 8 %-15 % массы цемента. Оптимальную дозировку следует определять экспериментально при назначении состава бетона (раствора). В зависимости от технико-экономической целесообразности допускается отклонение оптимальной дозировки от указанных значений.

Применение микрокремнезёма для кавитационно-стойких и износостойких бетонов бетонных и железобетонных конструкций гидротехнических сооружений рекомендуется СП 41.13330.2012 "СНиП 2.06.08-87. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений" .

Применение в бетоне портландцемента группы II (портландцементы по ГОСТ 31108 с содержанием в клинкере C₃S - не более 65 %, С₃А - не более 7 %, C₃A + C₄AF не более 22 % и шлакопортландцементы) с одновременным использованием добавок на основе микрокремнезема приравнивается к применению цементов группы III (сульфатостойкие цементы по ГОСТ 22266), .

Применение микрокремнезёма в требуемых случаях рекомендуется СП 46.13330.2012 "СНиП 3.06.04-91. Мосты и трубы".

Микрокремнезём может быть использован для регулирования свойств силикатного вяжущего, бетонной смеси и бетона на основе силикатного вяжущего.

Высокопрочные бетоны классов В60 и выше наиболее подвержены хрупкому взрывообразному разрушению при пожаре при содержании в них микрокремнезема более 6% массы цемента.

Методы испытаний

Гравиметрический метод определения реакционно-способного ("аморфного") оксида кремния - по ГОСТ 5382-2019

Нормативные документы

БС ЕН 13263-1:2005+А1:2009 "Микрокремнезем для бетона. Часть 1. Определения, требования и критерии соответствия" (BS EN 13263-1:2005+А1:2009 "Silica fume for concrete - Part 1: Definitions, requirements and conformity criteria, NEQ");

БС EH 934-2:2009+A1:2012 "Добавки для бетона, строительного раствора и штукатурки. Часть 2. Добавки для бетона. Определение, требования, соответствие, маркировка и этикетирование" (BS EN 934-2:2009+А1:2012 "Admixtures for concrete, mortar and grout - Part 2: Concrete admixtures - Definitions, requirements, conformity, marking and labeling", NEQ);

АСТМ С 1240-15 "Стандартные технические условия использования микрокремнезема в цементных смесях" (ASTM С 1240-15 "Standard specification for silica fume used in cementitious mixtures", NEQ);

ЯИС А 6207:2016 "Микрокремнезем для использования в бетоне" (JIS A 6207:2016 "Silica fume for use in concrete", NEQ)

ГОСТ 5382-2019 Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа

ГОСТ 22266-2013 Цементы сульфатостойкие. Технические условия

ГОСТ 25214-2021 Бетон силикатный плотный. Технические условия

ГОСТ 30515-2013 Цементы. Общие технические условия

ГОСТ 31108-2020 Цементы общестроительные. Технические условия

ГОСТ Р 56178-2014 Модификаторы органо-минеральные типа МБ для бетонов, строительных растворов и сухих смесей. Технические условия

ГОСТ Р 58894-2020 Микрокремнезем конденсированный для бетонов и строительных растворов. Технические условия

СП 28.13330.2017 Защита строительных конструкций от коррозии. Актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85

СП 41.13330.2012 "СНиП 2.06.08-87. Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений"

СП 46.13330.2012 СНиП 3.06.04-91. Мосты и трубы

СП 70.13330.2012 "Несущие и ограждающие конструкции". Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87

СП 267.1325800.2016 Здания и комплексы высотные. Правила проектирования

СП 468.1325800.2019 Бетонные и железобетонные конструкции. Правила обеспечения огнестойкости и огнесохранности

ОДМ 218.8.8.001-2020 Методические рекомендации по разработке составов бетонов высокой прочности на основе высокодисперсных и тонкомолотых заполнителей (минеральные и техногенные вещества, в том числе молотый стеклобой) в дорожном строительстве