Микрокремнезем в бетоне: свойства, дозирование и особенности применения на БСУ

Сегодня в России микрокремнезем выпускают предприятия кремниевой и ферросплавной промышленности. Среди крупных производителей:

• РУСАЛ (Каменск-Уральский, Шелехов);

• Кузнецкие ферросплавы;

• НЛМК;

• МЕЧЕЛ;

• ЧЭМК;

• ЭСЭМЗ.

Разбираемся, что это за продукт, зачем нужен в производстве и как повысить эффективность его действия на конкретном бетонном заводе.

Каким бывает микрокремнезем?

Микрокремнезем — не универсальный компонент. У разных производителей он отличается по плотности, содержанию диоксида кремния, тонкости помола и удельной поверхности. А значит, по-разному влияет на бетонную смесь и технологию производства.

Рассмотрим отличия.

1. Плотность.

Микрокремнезем выпускают:

• неуплотненный (примерно от 200 кг/м³);

• уплотненный (до 650 кг/м³). 

Эта разница влияет не только на хранение, но и на работу бетонного завода. Например, легкий неуплотненный материал занимает больше объема и ведет себя иначе при транспортировке и загрузке.

2. Содержание диоксида кремния (SiO₂).

На рынке встречаются несколько типов микрокремнезема:

• МК 65, где содержание SiO₂ не менее 65%;
• МК и МКУ-85;
• МК 95. Наиболее распространенный вариант для бетонов;
• МК 99. Белый микрокремнезем, который чаще используют в архитектурных бетонах.

3. Удельная поверхность и крупность частиц.

Для разных производителей она может составлять примерно 13 000–24 000 м²/кг.

Какие свойства микрокремнезема важны для бетона?

Главная ценность микрокремнезема связана с содержанием аморфного диоксида кремния (SiO₂). Именно он участвует в пуццолановой реакции и влияет на свойства бетона. Поэтому эффективность материала обычно оценивают именно по содержанию SiO₂.

Кроме полезных компонентов, в составе могут присутствовать примеси. Чаще всего это несгоревший углерод. Обычно он не делает материал непригодным, но может влиять на технологию производства и свойства смеси. Поэтому наиболее распространенными для бетонов стали марки МК 85 и МК 95.

Еще одна важная особенность — очень маленький размер частиц. В среднем они составляют 0,1–0,2 микрона, то есть примерно в 100 раз меньше цемента.

Чем тоньше микрокремнезем, тем сильнее он влияет на бетонную смесь.

Более тонкий материал:

• активнее участвует в пуццолановой реакции;
• требует меньшего расхода для взаимодействия с цементом;
• сильнее повышает вязкость смеси.

Поэтому для текучих и менее вязких смесей иногда выгоднее использовать чуть более крупный материал. А если задача состоит в том, чтобы использовать все пуццолановые свойства, выбирают более тонкий микрокремнезем.

Что дает микрокремнезем бетону?

Среди минеральных добавок микрокремнезем лучше всего защищает от коррозии. Это единственная добавка, у которой этот показатель выше единицы.

Главный эффект связан с пуццолановой реакцией. При взаимодействии с портландцементом микрокремнезем связывает свободную известь и образует дополнительный гель силиката кальция C-S-H. Это более плотное и водонепроницаемое соединение, которое устойчивее к коррозии, чем продукты твердения обычного цемента.

Микрокремнезем создает плотную упаковку на уровне зерен цемента. Ультрадисперсные частицы микрокремнезема заполняют промежутки между цементными зернами и уплотняют структуру материала. Такой эффект практически уникален среди минеральных добавок.

Результат применения микрокремнезема в бетоне

Микрокремнезем также влияет на внешний вид и формуемость бетона:

• поверхность изделий становится более гладкой;
• уменьшается количество раковин;
• появляется характерный серый или серо-голубой оттенок.

Это происходит потому, что бетонная смесь окрашивается по цвету самого тонкого компонента в составе.

Дополнительно микрокремнезем помогает подавлять щелочно-кремнеземную реакцию. Щелочи в первую очередь взаимодействуют с наиболее доступными и мелкими частицами аморфного кремнезема, что снижает риск развития этой проблемы.

Также компонент применяют в массивных конструкциях. Здесь микрокремнезем используют как добавку, снижающую тепловыделение бетона.

Дозировка микрокремнезема: сколько добавляют в бетон?

Расход микрокремнезема зависит от типа бетона и задачи, которую нужно решить.

Для обычных бетонов микрокремнезем чаще используют в количестве 3–5% от массы цемента или вяжущего.

При более высоких требованиях дозировка увеличивается:

• до 15% для обычных бетонов с повышенными требованиями;
• до 30% в отдельных технологиях, например при изготовлении несъемной опалубки.

На результат влияют несколько факторов:

• содержание SiO₂;
• крупность и удельная поверхность;
• плотность материала;
• требуемая текучесть смеси;
• технология производства бетона.

Например, более тонкий микрокремнезем работает эффективнее, но сильнее повышает вязкость смеси. Поэтому расход подбирают не только по прочности, но и по удобоукладываемости и особенностям конкретного производства.

Как микрокремнезем используют на бетонном заводе?

Производители поставляют микрокремнезем в МКР (биг-бэгах) автомобильным или железнодорожным транспортом.

На бетонных заводах его используют двумя способами: в сухом виде или в виде суспензии (шлама).

1. Работа с микрокремнезем в сухом виде

При работе с сухим материалом микрокремнезем хранят и подают через силос. Для этого могут использоваться как специализированные силосы и шнековые конвейеры, так и стандартное цементное оборудование. Загрузка материала в силос обычно выполняется через растариватели различной конструкции.

Но здесь есть важные технологические особенности.

Например, неуплотненный микрокремнезем очень летучий. При загрузке возможны потери материала. Кроме того, из-за низкой плотности в цементный силос его помещается примерно в 7 раз меньше, чем цемента. При большом расходе это приводит к частой дозагрузке силоса.

Дополнительно материал может:

• электризоваться;
• налипать;
• уплотняться в шнековом конвейере.

При этом сухой способ имеет важное преимущество: если оборудование работает стабильно, иногда можно обойтись без серьезных изменений в конструкции завода и АСУ.

Второй вариант — использование суспензии микрокремнезема.

Здесь есть два подхода:

1. Использовать готовые суспензии заводского изготовления со стабилизаторами.
2. Готовить суспензию непосредственно на БСУ без стабилизаторов, но с постоянным перемешиванием для предотвращения осаждения частиц.

Второй вариант чаще встречается на производствах, хотя считается менее точным способом дозирования.

Как выбрать способ подачи микрокремнезема на БСУ?

Выбор способа подачи зависит не только от рецептуры, но и от объема производства, расхода микрокремнезема и конструкции завода.

Если предприятие только начинает работать с микрокремнеземом, самый простой вариант — использовать сухой материал через силос и шнековый конвейер. Начать можно даже со стандартного цементного силоса и обычного шнека.

Если появляются сложности с подачей, порядок доработки такой:

1. Заменить стандартный шнек на специализированный.
2. Если дозирование остается нестабильным, то изменить угол наклона шнека.
3. При необходимости перейти на специализированный силос.

При небольших объемах бетонов с микрокремнеземом можно использовать суспензии.

Для приготовления используют либо специализированные смесители непрерывного действия, либо приспосабливают бассейны рециклинговой установки.

Для массового выпуска бетонов рекомендуется использовать специализированные смесители непрерывного действия. Они дают более точное дозирование.