Презентация Микрокремнезем


Микрокремнезем является продуктом ферросплавного производства

Что такое микрокремнезем

Краткая информация

Микрокремнезем является продуктом ферросплавного производства, и образуется в процессе выплавки ферросилиция и его сплавов.

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.
При использовании микрокремнезёма для изготовления особо прочных бетонов  тысячи сферических микрочастиц окружают каждое зерно цемента, уплотняя цементный раствор, заполняя пустоты прочными продуктами гидратации и улучшая сцепление с заполнителями, гораздо эффективнее, чем другие минеральные добавки, такие как цеолитовый туф, доменный и котельный шлак.

В результате микрокремнезем, как высокореакционный пуццолан способствует получению более  прочного и долговечного цементного камня. Практическое использование показало, что 1 кг микрокремнезема  обеспечивают такую же прочность, как 4-5 кг обычного портландцемента.  Высокие свойства микрокремнезема улучшают такие характеристики бетона, как прочность на сжатие, прочность сцепления и износостойкость, морозостойкость, химическую стойкость и значительно снижают проницаемость. Что позволяет противостоять длительное время внешним природным и производственным воздействиям (средам).

Преимущества применения микрокремнезема:

Нарастание прочности

Микрокремнезем может обеспечить 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 обеспечивает 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 прекрасную 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).
•  Не маловажно отметить, что применение микрокремнезема конденсированного в массовом строительстве также позволяет экономить до 40% цемента без ухудшения характеристик бетона и сокращать расход тепловой энергии при тепловлажной обработке изделий.
Экономическое обоснование.

Применение микрокремнезема конденсированного в массовом строительстве  позволяет экономить до 40% цемента без ухудшения характеристик бетона и сокращать расход тепловой энергии при тепловлажной обработке изделий. Использование  микрокремнезема в сборном бетоне позволяет уменьшить сечения некоторых элементов, облегчая их транспортировку и монтаж.
Микрокремнезем обеспечивает более длительную жизнеспособность жидких растворов, облегчает перекачивание смеси, придает коррозионную стойкость. При использовании микрокремнезема достигается наивысшие характеристики высокопрочного бетона, легкого бетона, торкретбетона и бетона с пониженной водопроницаемостью.
Ещё в 2004 году по данным расчёта Красноярской государственного архитектурно-строительной академии:

расход портландцемента  для получения высокопластичного бетона марки «300»,  при использовании микрокремнезёма, снижаеться на 43 %.
Экономический эффект на 1м3 бетона составил 190,278 рублей по сырью;

образцы высокопрочного бетона М 700 с добавкой микрокремнезёма.
Экономический эффект на 1 м3 бетона за счёт экономии дорогостоящих материалов составил 77,239 рублей.

Опыт использования.

Первоначальный интерес к применению микрокремнезема в бетонах отмечен в 1971 г.
На металлургическом заводе Фиско в Норвегии.
Новые возможности использования микрокремнезема тесно связаны с прогрессом в области создания эффективных суперпластификаторов - их сочетание дало толчок к созданию бетонов нового поколения, обладающих высокой прочностью (от 60 до 150 МПа), повышенной удобоукладываемостью и долговечностью.

Расширение применения порошка микрокремнезема в готовых бетонных смесях с 1975 привело к принятию норвежских стандартов для микрокремнезема в цементе (1976) и в бетоне (1978). В Канаде использование микрокремнезема в бетоне было одобрено в 1981, в том же году первые промышленные смеси портландцемент/микрокремнезем были произведены в Исландии. В Канаде такие смеси появились в 1982.
На данный момент микрокремнезем в странах Европы используется везде - от бетонных блоков до нефтяных сооружений.

Многолетняя широкая популярность микрокремнезёма в странах Европы обусловлена
его низкой стоимостью по отношению к другим добавкам и одновременно уникальными возможностями позволяющие получать из рядовых материалов бетоны с высокими эксплуатационными характеристиками и уникальными конструкционными возможностями ( бетоны, известные в мире как High Performance Concrete).
Ключевым фактором технологии производства таких бетонов являлось комплексное использование  микрокремнезема и суперпластификаторов.

Для наглядности достаточно отметить несколько примеров  применения высокопрочных бетонов на основе микрокремнезёма при возведении таких объектов как

В Европе :

Комплекс высотных зданий в Чикаго.
Тоннель под Ла Маншем.
Мост через пролив Нортумберленд в Канаде.
Ряд мостов в Японии.
Норвежские морские буровые платформы в Северном море и.т.п.

В России : (в одной Москве)

Торгово–Рекреационный комплекс на Манежной площади
Реконструкция зданий Кремля, Ульяновская эстакада
Постамент памятника «Петру I», Железнодорожный мост по ул. Шереметьевская
Коллектор для инженерных коммуникаций под ул. Б. Дмитровка
Здание «Смоленский Пассаж», Транспортный тоннель на Кутузовском проспекте
Шумозащитные стенки на МКАД, Путепроводы на МКАД
Дюкер коллектора Люберецкой станции аэрации, Денежное хранилище СДМ Банка
Торговый центр на Курском вокзале, Транспортный тоннель на Ленинском проспекте
Система пешеходных переходов на Ленинском проспекте
Транспортный тоннель на Кутузовском проспекте, Стилобатная часть здания «Реформы»
Подземный комплекс «Парк–Сити» ММДЦ «Москва–Сити»
Транспортный тоннель на проспекте Мира, Стадион «Локомотив»
Транспортный тоннель на ул. Н.Масловка, Транспортный тоннель на Нахимовском поспекте
Облицовочная плитка и элементы декора для малоэтажного и котеджного строительства
Лефортовский транспортный тоннель, диаметром 16м
Развязка третьего кольца на ул.Кожуховская, Развязка третьего кольца с Загородним шоссе, Развязка третьего кольца с ул.Красная Пресня
Мост на ул.Братиславская, Путепровод на ул.Олений Вал
Путепровод тоннельного типа "Дворцовый мост"
Коллектор для инженерных коммуникаций под ул.Народная
Филевский канализационный коллектор, диаметром 3.6м под ул.Карамышевская наб.
Бассейн на ул.Бакулева, Бассейн на ул.Привольная (Жулебино)
Московский зоопарк,  Стадион «Локомотив»
Торгово–рекреационный комплекс «Охотный ряд» на Манежной площади
Коллектор для инженерных коммуникаций диаметром 4 м. под ул. Б.Дмитровка
Мосты и путепроводы в Москве, Калуге и Орле
Комплекс «Парк Сити» ММДЦ «Москва–Сити»
Комплекс высотных жилых зданий «Кунцево»

Технологическое использование

Технологическое использование микрокремнезёма (дозирование и подача), предполагает два решения :
В сухом виде :  Использование микрокремнезем  с золой-уноса и суперпластификатора (например С-3)
В виде водной суспензии : Приготовление концентрированных и стабильных суспензий из микрокремнезема, используемого в качестве активной минеральной добавки для бетонов, приводим ниже.
СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДНОЙ СУСПЕНЗИИ МИКРОКРЕМНЕЗЁМА.
Способ приготовления водной суспензии микрокремнезема, включает смешивание микрокремнезема, воды и стабилизирующего компонента.
В качестве стабилизирующего компоента используют смесь нитрилотриметиленфосфоновой кислоты и продукта конденсации бета- нафталинсульфокислоты с формальдегидом при следующем соотношении компонентов, мас.

Микрокремнезем 40-70
Нитрилотриметиленфосфоновая кислота 0,02-0,14
Продукт конденсации бета-нафталинсульфо кислоты с формальдегидом 0,02-0,14
Вода остальное
Формула технологического процесса.

Приготовления водной суспензии микрокремнезема осуществляется следующим образом:
В смеситель подается расчетное количество компонентов, мас.
1. Вода 29,44-59,90;
2.Стабилизатор (Нитрилотриметиленфосфоновая кислота) 0,02-0,14
3.Продукт конденсации b (нафталинсульфокислоты с формальдегидом) 0,02-0,14;
4. Микрокремнезем 40-70,
Компоненты интенсивно перемешиваются до образования однородной суспензии 40-70%-ной концентрации.

Описание процесса
Смесь нитрилотриметиленфосфоновой кислоты и продукта конденсации b -нафталинсульфокислоты с формальдегидом, приводит к диспергации агрегатов частиц микрокремнезема, более полному связыванию ионов металлов на поверхности частиц в малорастворимые комплексы, образованию малопроницаемых адсорбционных слоев и модифицированию двойного электрического слоя на поверхности частиц микрокремнезема. Это приводит к совокупному стерическому и электростатическому эффекту стабилизации суспензии, благодаря чему увеличивается агрегативная устойчивость и текучесть во времени и, как следствие, повышается ее активность как минеральной добавки для бетона.
Способ №2
Способ приготовления концентрированных стабильных суспензий из микрокремнезема, включающий перемешивание водной суспензии: Микрокремнезема 70-75% концентрации со стабилизирующим компонентом соляной, серной, или уксусной кислотами (0,35% 0,74% 0,37% массы МК соответственно)
В данном способе, стабилизатор соляной, серной или уксусной кислоты вызывает сравнительно кратковременный эффект агрегативной устойчивости суспензии (до 15 суток), так как кислота постоянно нейтрализуется щелочными компонентами микрокремнезема. Поэтому при длительном хранении или транспортировке суспензии происходит агрегирование частиц микрокремнезема и возникает необходимость периодически добавлять новые количества кислоты, что, в свою очередь, приводит к снижению активности суспензии из микрокремнезема как добавки в бетон.