Аэросил применение в бетоне

Обновлено: 27.03.2024

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Христофоров А. И., Христофорова И. А., Еропов О. Л.

Расширение, развитие и совершенствование строительного производства требует совершенствования строительных материалов. Одним из наиболее распространенных материалов является бетон . Модификация бетонов ПАВ и органическими веществами получает все большее развитие и приводит к повышению прочности бетона при сжатии до 80 % и увеличению подвижности бетонной смеси до 5 %.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Христофоров А. И., Христофорова И. А., Еропов О. Л.

Улучшение свойств цементно-песчаного бетона путем введения ПАВ и органических веществ в бетонную смесь

Modification of Concrete and Organic Nanoparticles Substances

Expansion, development and perfection of building manufacture demands from building materials. One of the most widespread materia-lov is concrete . Updating of concrete of PEAHENS and organic substances has the increasing development and leads to increase of durability of concrete at compression to 80 % and have withdrawn-chenie mobility of a concrete mix to 5 %.

Текст научной работы на тему «Бетонная смесь, модифицированная аэросилом и тетраэтоксисиланом»

Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 6 (2011 4) 704-710

Бетонная смесь, модифицированная аэросилом и тетраэтоксисиланом

А.И. Христофоров, И.А. Христофорова, О.Л. Еропов*

Владимирский государственный университет им. А. Г. и Н. Г. Столетовых, Россия 600000, Владимир, ул. Горького, 871

Received 2.12.2011, received in revised form 9.12.2011, accepted 16.12.2011

Расширение, развитие и совершенствование строительного производства требует совершенствования строительных материалов. Одним из наиболее распространенных материалов является бетон. Модификация бетонов ПАВ и органическими веществами получает все большее развитие и приводит к повышению прочности бетона при сжатии до 80 % и увеличению подвижности бетонной смеси до 5 %.

Ключевые слова: бетон, модификация, органические вещества, ПАВ.

Расширение, развитие и совершенствование строительного производства невозможно без разработки новых и модификации надежных и зарекомендовавших себя строительных материалов. В многоэтажном строительстве широко применяется бетон, обладающей высокой прочностью при сжатии, низкой пористостью и водопоглощением, высокой морозо- и пожа-ростойкостью и др. Совершенствование основных физико-механических характеристик бетона - основная задача, стоящая перед учеными. С развитием науки все острее стоит вопрос о создании высокоэффективных добавок, позволяющих эффективнее использовать основной компонент бетона - цемент. Уменьшение цемента в бетонной смеси с сохранением или повышением физико-механических характеристик ведет к понижению стоимости бетона, экономии средств на возведение зданий и к понижению стоимости строительства.

Наиболее востребованные и значимые показатели бетонной смеси - прочность при сжатии и подвижность бетонной смеси. Введение в бетонную смесь малого количества добавок, позволяющих повысить прочность бетона при сжатии в 1,2-1,8 раза, является основной задачей. Такими добавками могут служить наночастицы, служащие наноструктурирующим элементом бетона и вещества, влияющие на подвижность бетонной смеси.

На данный момент известны добавки, позволяющие повысить прочность бетона, только они практически не применяются в строительстве по причине высокой стоимости или малоиз-ученности. Рассмотрим влияние оксида кремния и тетраэтоксисилана на прочность при сжатии бетона и подвижность бетонной смеси. Данные добавки будем вводить в воду в малом количе-

1 © Siberian Federal University. All rights reserved

Время созревания бетона, сут.

стве. Проверка прочности бетона при сжатии выполнялась в соответствии с ГОСТ 10180-90 [1], подвижность бетонной смесивыполнялась в соответствии с ГОСТ 10181-1000 [1].

Основные компоненты бетонной смеси:

- карьерный кварцевый песок Улыбышевского месторождения Владимирской области дисперсностью меньше 0,63 мм;

- вода по ГОСТ 23732-93 [4].

Образцы составов бетонных смесей:

1. Контрольный образец.

2. Образец с добавкой оксида кремния.

3. Образец с добавкой оксида кремния и тетраэтоксисилана.

Оксид кремния (8102) [5] - очень чистый аморфный чрезвычайно легкий белый порошок с выраженными адсорбционными свойствами, размер частиц от 5 до 40 нм; в тонком слое кажется полупрозрачным, голубоватым. Оксид кремния пожаро- и взрывобезопасен, не токсичен.

Тетраэтоксисилан (ТЭОС) [6] - прозрачная жидкость со слабым эфирным запахом, растворяется в инертных органических растворителях, реагирует с водой, высшими спиртами. Обоснованием выбора тетраэтоксисилана послужило то, что в результате гидролиза тетраэтоксисилан выделяет этанол и наноразмерные частицы оксида кремния. Эти частицы оксида кремния служат центром структурообразования при формировании цементного камня.

Взаимодействие оксида кремния с бетонной смесью было проверено рядом опытов. В качестве образцов были взяты следующие составы бетонных смесей.

Образец 1: цемент - 100 мас.ч., песок - 300 мас.ч., вода - 65 мас.ч.; имеет прочность при сжатии через 18 сут - 17,5 МПа, подвижность бетонной смеси - 7 см (рис. 1).

Ввиду того, что бетон имеет частично аморфную структуру, количественный фазовый анализ образцов выполнить не удалось. Рентгенограмма минерального состава, позволяющая оценить качественный состав бетона образца 1, представлена на рис. 1.

3.03 С35 ' 2.77 сгг

Рис. 2. Рентгенограмма минерального состав а контрольного образца бетона: 1 - Са(ОН) 2 - гидроксид кальция; 2 - SiO2 - оксид кремния; 3 - С^ - алит (трехкальциевый силикае); 4 - С^ - белит (двухкальциевый силикат)

Присутствие гидроксида кальция указывает на прохождение реакции гидротации алита с водой. Из представленной рентгенограммы видна незначительная активность кристаллов алита (СзБ) и белита (С2Б). Это свидетельствует о прошедшей реакции гидратации во время образования бетонного камня:

ЗСаО • 8Ю2 + 5Н2О = 2СаО • БЮ2 • 4Н2О + Са(ОН^;

2СаО • 8Ю2 + 4Н2О = 2СаО • БЮ2 • 4Н2О.

Значительная интенсивность дифракционного отражения 8Ю2 обусловлена большим содержанием песка в бетонной композиции - 3 части песка на 1 часть цемента.

Образец 2: в смесь песка - 300 мас.ч. и цемента - 100 мас.ч. вводилась вода с добавкой, подготовленная следующим образом: вода - 70 мас.ч., оксид кремния - 0,015 мас.ч. перемешанные мешалкой в течение 15 мин. Полученная бетонная смесь имела осадку конуса 8 см. Прочность бетона при сжатии через 28 сут составляет 26,4 МПа. Изменение прочности бетона со временем представлено на рис. 1.

Рентгенограмма минерального состава бетона с добавкой оксида кремния (рис. 3) показывает качественный состав основных минералов бетонной смеси. Из приведенной рентгенограммы видно, что интенсивность дифракционного отражения от кристаллов алита и белита в бетоне незначительная, что указывает на прохождение реакции гидротации. Наблюдается значительная интенсивность дифракционного отражения от кристаллов гидроксида кальция, образовавшегося в процессе гидратации алита с водой. Интенсивность оксида кремния обусловлена значительным количеством вводимого песка в композицию.

20 30 40 50 60 70 80 90 20, °

Рис. 3. Рентгенограмма минерального состава бетона с добавкой оксида кремния. 1 - Са(ОН)2 - гидроксид кальция; 1 - SiO2 - оксид кремния; 3 - С^ - алит; 4. С^ - белит

Бетон имеет плотную структуру, поверхность зернистая , при увеличен ии в 10000 раз видно, что расположение заполнителя хаотичное, плавающее (рис. 4).

35 30 25 20 15 10 5 0

Время созревания бетона, сут

Рис. 6. Рентгенограмма минерального состава бетона: с добавкой олеача натрия и тетраэтоксисилана. 1 -Са(ОН)2 - гидроксид кальция; 2 - SiO2 - оксид кремния; 3 н С3$ - алит; 4 - С^ - белит

лучанная бетонная смесь имела осадку конуса 8 см. Прочность бетона при сжатии через 2285 сут. составляет 5И,8 МПа . Изменение нрочности бнтона при сжатии со временем представлено на рис;. 5.

Рентгенограмма качественного минерального состава бетона с добавкой оксида кремния и тетраэтоксисилана представлена на рис. 6.

Интенсивность дифракционных отражений алита и белита в образце 3 ниже по сравнению с ионтрольным образцом, чтообъясняется их боньшей гидрааациай при взаимодействии с водой. Интенсивность дифракционного отражения оксида кремния и гидроксида кальция в образце; 3 аначиттльно ннже, что объясняется их более полным взаимодействием. Общий уровень закристаллизованности образца С выше, -ам у контрольного тбразца.

Рис. 7. Поверхность бетона с добавкой оксида крюмния и тетраэтоксисилана, полученная при увеличении в 10000 раз

Были проведены исследования поверхности бетонного камня на электронном растровом микроскопе, результаты которых приведены на рис. 7. Структура бетона плотная, поверхность зернистая, при увеличении в 10000 раз видно, что расположение заполнителя хаотичное, плавающее. Видно, что преобладают ко нгломераты небольшого размера.

Опытным путем было установлено, что применение олеата натрия и тетраэтоксисилана с оксидом кремния в бетонную смесь в качестве добавок повышает подвижность бетонной смеси до 14 %, повышает прочность (бетона при сжатии в 1,36-1,55 реза. Это происходит за счет понижения поверхностного натяжения на границе раздела фаз «цемент-вода», тем самым уменьшается внутреннее напряжение за счет уменьшения контракции пор, а также из-за того, что в результате гидролиза тетраэтоксисилана образуются наноразмерные частицы оксида кремния, которые служат центром структурообразования при формировании цементного камня и за счет у держания избыточного количества влаги оксидом кремния.

Модифицирующие добавки позволяют получить бетонную смесь с повышенной подвижностью и бетон с повышенной прочностью при сжатии. Приведенные составы бетонных смесей во зможно использовать на практике при производстве бетонных полов, штукатурки стен и потолков, в качестве ремонтных составов, а также в других элементах здания.

[1] ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.

[2] ГОСТ 10181-2000. Смеси бетонные. Общие требования.

[4] ГОСТ 23732-93. Вода для бетонов и растворов. Технические условия.

[5] ГОСТ 14922-77. Аэросил. Технические условия.

[6] ТУ 6-09-5230-85. Тетраэтоксисилан.

Modification of Concrete

and Organic Nanoparticles Substances

Alexander I. Khristoforov, Irina A. Khristoforova and Oleg L. Eropov

Vladimir State University of A. and N. Stoletovs, 87 Gorkogo, Vladimir, 600000 Russia

Expansion, development and perfection of building manufacture demands from building materials. One of the most widespread materia-lov is concrete. Updating of concrete of PEAHENS and organic substances has the increasing development and leads to increase of durability of concrete at compression to 80 % and have withdrawn-chenie mobility of a concrete mix to 5 %.

КРЕМНЕЗОЛЬ / БЕТОННАЯ СМЕСЬ / СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ / ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ДОБАВКА / ПРОЧНОСТЬ / ТЯЖЕЛЫЙ БЕТОН / SILICEOUS / CONCRETE MIX / STRUCTURIZATION / POLYFUNCTIONAL ADDITIVE / STRENGTH / HEAVY CONCRETE

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Красиникова Н.М., Морозов Н.М., Кашапов Р.Р.

Повышение эффективности применения бетона в производстве строительных изделий и конструкций связано с использованием модификаторов различного типа. На современном этапе развития все большее распространение получают нанодисперсные добавки, позволяющие существенно повысить физико-механические характеристики цементных композиций. В работе был использованы кремнезоли различных типов в сочетании с пластификаторами и полифункциональными добавками . В результате проведенных исследований установлено эффективность применения кремнезоля как компонента полифункциональной добавки ускоряющее-пластифицирующего действия

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Красиникова Н.М., Морозов Н.М., Кашапов Р.Р.

Influence of siliceous on phase composition of the hydrated cement with a polyfunctional additive

Improvement the efficiency of the use of concrete in the manufacturing of building products and structures concerned with the use of various types of modifiers. For modifying the construction materials the nano-additive of various kinds are used increasingly and efficiently enough. Specificity of nanotechnology is the difficulty in the base material statistically uniform distribution of the control dose «primary» nanoparticles which are also prone to aggregation. Particular interest for the modification of cement concrete are nanopowders (graphite tube, aerosol etc.) And sols ( siliceous , alumina) which are expedient to use as a component for the production of polyfunctional additives. In this regard, the aim of the work was to study the siliceous nano-additive together with concrete modifier effectiveness. The article shows the influence of siliceous sol with superplasticizer on cement paste strength . The results of the study of the polyfunctional additives using siliceous on the structure cement system, and on physical and mechanical properties of heavy concrete are shown and thermographs of cement hydration products with their using are performed. The result of the tests is shown opportunity of using siliceous sol as a component of the complex concrete additives for performance enhancing.

Текст научной работы на тему «Влияние кремнезоля на фазовый состав гидратированного цемента с полифункциональной добавкой»

Красиникова Н.М. - кандидат технических наук, доцент

Морозов Н.М. - кандидат технических наук, доцент

E-mail: nikola_5 3 5 @mail. ru

Кашапов Р.Р. - инженер

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Адрес организации: 420043, Россия, г. Казань, ул. Зелёная, д. 1

Влияние кремнезоля на фазовый состав гидратированного цемента с полифункциональной добавкой*

Повышение эффективности применения бетона в производстве строительных изделий и конструкций связано с использованием модификаторов различного типа. На современном этапе развития все большее распространение получают нанодисперсные добавки, позволяющие существенно повысить физико-механические харакетристики цементных композиций. В работе был использованы кремнезоли различных типов в сочетании с пластификаторами и полифункциональными добавками. В результате проведенных исследований установлено эффективность применения кремнезоля как компонента полифункциональной добавки ускоряющее-пластифицирующего действия

Ключевые слова: кремнезоль, бетонная смесь, структурообразование, полифункциональная добавка, прочность, тяжелый бетон.

Для модификации строительных материалов все чаще, и достаточно эффективно, используются нанодобавки различных видов [1, 2, 3, 4] Специфика нанотехнологий состоит в трудности статистически равномерного распределения в базовом материале этих гомеопатических доз «первичных» наночастиц, склонных к тому же к агрегированию [5]. Сложность и ресурсозатратность получения самих первичных наноматериалов, особенно, углеродных нанотрубок, астраленов, фуллеренов и др. обуславливают их высокую себестоимость и большую цену на рынке. Поэтому столь важен предложенный проф.Е.В.Королевым коэффициент технико-экономической эффективности применения нанотехнологий, который характеризует, в сущности,

стоимость эффекта: ке" = — где SF - относительное изменение интегрального

показателя качества материала, SC - относительное изменение его стоимости [6].

Поэтому ключевым становится вопрос об оптимальном содержании наномодификатора, определяемый из концентрационной зависимости или основного показателя модифицируемого материала, например, механической прочности, или определенного сочетания других свойств, включая и технологические.

В основе механизмов влияния наночастиц могут быть следующие поверхностные эффекты [5]:

- хемосорбция - химические реакции окружающей дисперсионной среды с поверхностью наночастиц, например, наночастиц SiO2 с Са(ОН)2 в цементном камне;

- топологический эффект - локализация наночастиц в дефектах и ультрамикропустотах формирующейся, в частности, кристаллизующейся, дисперсионной среды (матрицы), что приводит к ее локальному уплотнению. Каждый из этих эффектов может проявиться отдельно, но, чаще всего, совместно, приводя к синергизму.

Особый интерес для модификации цементных бетонов представляют нанопорошки (графитовые трубки, аэросил и др.) и золи (кремнезоль, алюмозоль), которые целесообразно применять в качестве компонента для производства полифункциональных добавок. В связи с этим целью работы стало исследование эффективности нанодобавок в комплексе с другими модификаторами бетона.

* Работа выполнена по заданию № 7.1955.2014 / К в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности Министерства образования и науки Российской Федерации.

Первоначально было изучено влияние нанопродуктов на свойства цементного камня. Для модифицирования портландцемента (бездобавочного класса СЕМ 1 42,5) выбраны кремнезоли трех типов, выпускаемых фирмой «КОМПАС» в г. Казани в промышленном масштабе. Свойства их представлены в табл.1, они отличаются друг от друга концентрацией оксида кремния ^Ю2) и силикатным модулем, а также удельной поверхностью кремнезема.

Внешний вид (или оптическая плотность) кремнезолей зависит от их концентрации и размера частиц SiO2: золи с частицами SiO2 менее 10 нм - прозрачные, с частицами более крупных размеров - мутноватые или «молочные».

Полимерное состояние кремнезема в водном растворе зависит от щелочности (значения рН) последнего. При связывании гидроксид-ионов, т.е. подкислении раствора щелочного силиката, в нем возрастает доля полимерных структур. Особенность полимеризации кремнезема заключается в том, что уже при небольшой степени полимерности ионы образуют циклические формы, которые сшиваются в параллельных плоскостях в плотные трехмерные структуры с минимальным количеством силанольных ^-ОН) групп; уже при рН < (9^10), таким образом формируются субнанометровые частицы - центры (зародыши) для дальнейшего осаждения кремнезема.

№ Показатели КЗ-ТМ-15 КЗ-ТМ-20 КЗ-ТМ-30

1 Концентрация SiO2, масс.% 15,1 20,3 29,85

2 Концентрация №2О, масс.% 0,48 0,267 0,346

3 Удельная поверхность, м2/г 437,8 314,2 420

4 Силикатный модуль 35,7 75,9 75,9

5 Кинематическая вязкость, ССТ 2,8 3,2 4,58

Общая закономерность влияния всех трех кремнезолей КЗ-ТМ, вводимых с суперпластификатором, на суточную прочность (МПа) цементного камня (рис. 1) проявляется в виде «острой» экстремальной зависимости с «пиком» - максимумом прочности при 0,001 мас. % от цемента. Максимальный прирост прочности наблюдается с золем К3-ТМ-30 равный 48 %. Поэтому для дальнейших исследований выбран данный золь.

Рис. 1. Зависимость прочности цементного камня от концентрации кремнезоля

На основании полученных положительных результатов на цементном камне были проведены исследовании в цементных бетонных системах (табл. 2). Так как цель работы была оценить совместное влияние нанодобавок и других модификаторов бетона, в качестве основы была использована комплексная добавка ускоряющее-пластифицирующего действия ПФД, эффективность который нами ранее уже была установлена [7, 8].

Содержание кремнезоля, масс.% отЦ

Влияние иаиочо.инфицирования разработанной добавки ПФД на свойства бетона

Состав бетона на 1 м3

№ Цемент, Песок, Щебень, Вид и дозировка добавки, % В/Ц Прочность на сжатие, МПа

кг кг кг 1 сутки 7 сутки 28 сутки

1 - 0,54 5,92 24,0 36,7

2 350 850 1050 КЗ-ТМ-30, 0,001 0,5 7,25 26,8 40,2

3 ПФД, 1,3 0,34 22,1 56,9 68,5

4 ПФД+КЗ-ТМ-30, 1,301 0,33 23,5 58,4 70,3

Из табл. 2 видно, что в первые сутки твердения прочность бетона при использовании разработанной добавки в присутствии золя и без повысилась на 297 % и на 273 %, соответственно. В марочном возрасте также наибольшую прочность на сжатие имеет бетон с наномодифицированной ПФД - 70,3 МПа, что на 92 % больше чем у бездобавочного состава.

Фазовые превращения в цементном камне в присутствии сырьевых материалов разработанной нанодобавки показаны на рис. 2-3.

На дериватограммах (рис. 2-3) гидратированного портландцемента зафиксированы четыре эндотермических эффекта, сопровождающихся уменьшением массы. Большой и широкий эндо-эффект в интервале температур 75-200 0С связан с удалением адсорбированной вода из гелеобразных продуктов гидратации, таких как: гидросиликаты кальция (ГСК), гидроалюминаты кальция (ГАК), гидросульфоалюминаты кальция (ГСАК). Узкий эндотермический эффект при 430-480 0С характеризует процесс дегидратации гидроксида кальция.

Также наблюдаются эндо-эффекты при 610-670 0С, обусловленный дегидратацией высокосоновных гидросиликатов кальция и при 730-830 0С, обусловленный дегидратацией двухосновных гидросиликатов кальция [9, 10].

На дериватограммах гидратированного цемента с суперпластификатором после 1 суток нормального твердения присутствуют все выше перечисленные эндотермические эффекты. Однако по величине и температурным интервалам термограммы составов с кремнезолем отличаются от исходного состава. Так, например, при введении кремнезоля первый эндоэффект значительно уже и смещается в область более низких температур, что говорит об уменьшении количества эттрингита дегидратация которого происходит при температуре 140-160 0С. Величина эффекта, отвечающего за гидроксид кальция почти не меняется. происходит увеличение эндоэффектов при 610-670 С и 730-830 0С, что говорит о увеличение доли гидросиликатов кальция. В результате это сказывается на увеличение прочности цементного камня при введении кремнезоля в первые сутки.

При совместном использовании солей ускорителей и кремнезоля с суперпластификатором происходит увеличение эндоэффекта при 430-480 0С, что говорит о росте объема гидроксида кальция, а также значительный рост эндоэффекта при 610-670 0С, означающим повышение доли гидросиликатов кальция в цементном камне. Т.е. совместное использование кремнезоля и солей ускорителей увеличивает степень гидратации цемента в первые сутки твердения.

Рис. 2. Термограмма продуктов гидратации цемента в возрасте 1 суток: а) портландцементного камня с МеШих: б) портландцементного камня с МеШих + кремнезоль; в) портландцементного камня с МеШих + ССС+МаМО3+кремнезоль

Рис. 3. Термограмма продуктов гидратации цемента в возрасте 28 суток: а) портландцементного камня с Melflux; б) портландцементного камня с Melflux + кремнезоль; в) портландцементного камня с Melflux + ССС+МаМ03+кремнезоль

На дериватограммах гидратированного цемента после 28 суток нормального твердения также наблюдаются четыре эндотермических эффекта. Как видно из рис. 3а, эндоэффект при 430-480 0С при введении кремнезоля стал меньше по сравнению с бездобовачным составом, что произошло из-за уменьшения гидроксида кальция. Доля гидросиликатов кальция увеличилась, об этом мы можем судить по повышению эндоэффекта при 610-670 0С.

При совместном использовании солей ускорителей и кремнезоля с суперпластификатором происходит уменьшение эндоэффекта при 430-480 0С, что говорит о снижении объема гидроксида кальция, а также наблюдается рост эндоэффекта при 610-670 0С, означающим повышение доли гидросиликатов кальция в цементном камне. Уменьшение гидроксида кальция и увеличение гидросиликатов приводит к повышению прочности цементного камня в марочном возрасте, это было также установлено ранее по результатам испытаний прочности на сжатие. Изменения в структуре цементного камня модифицированного кремнезолем, хорошо заметны при всех сроках твердения и хорошо согласуются с данными по его прочности, приведенными выше.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено эффективность применения кремнезоля как компонента полифункциональной добавки ускоряющее -пластифицирующего действия.

Список библиографических ссылок

1. Королев Е.В. Основные принципы практической нанотехнологии в строительном материаловедении // Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал, 2009, № 1. - С. 66-79.

2. Бадертдинов И.Р., Хузин А.Ф., Габидуллин М.Г., Рахимов Р.З. Исследование влияния добавки КДУ-1, модифицированной углеродными нанотрубками, на физико-механические характеристики высокопрочного фибробетона // Известия КГАСУ, 2013, № 1 (27). - С. 182-191.

3. Пухаренко Ю.В., Староверов В.Д., Рыжов Д.И. Фуллероидные углеродные наночастицы для модификации бетонов // Технологии бетонов, 2015, № 3-4 (104105). - С. 40-43.

4. Jadvyga Keriene, Modestas Kligys, Antanas Laukaitis, Grigory Yakovlev, Algimantas pokauskas, Marius Aleknevicius. The influence of multi-walled carbon nanotubes additive on properties of non-autoclaved and autoclaved aerated concretes // Construction and Building Materials, 2013, V. 49. - P. 527-535.

5. Хозин В.Г., Абдрахманова Л. А., Низамов Р.К. Общая концентрационная закономерность эффектов наномодифицирования строительных материалов // Строительные материалы, 2015, № 2. - С. 25-33.

6. Королев Е.В. Оценка концентрации первичных наноматериалов для модифицирования строительных композитов // Нанотехнологии в строительстве,

2014, № 6. - С. 31-34.

7. Кашапов Р.Р., Красиникова Н.М., Хозин В.Г., Шамсин Д.Р., Галеев А.Ф. Комплексная добавка на основе содосульфатной смеси // Известия КГАСУ,

2015, № 2 (32). - С. 239-243.

8. Кашапов Р.Р., Красиникова Н.М., Морозов Н.М., Хозин В.Г. Влияние комплексной добавки на твердение цементного камня // Строительные материалы, 2015, № 5. -С. 27-30.

9. Тимашев В.В. Избранные труды. Синтез и гидратация вяжущих материалов. - М.: Наука, 1986. - 424 с.

10. Ларионова З.М. Методы исследования цементного камня и бетона. - М.: Стройиздат, 1970. - 160 с.

Kazan State University of Architecture and Engineering

The organization address: 420043, Russia, Kazan, Zelenaya st., 1

Influence of siliceous on phase composition of the hydrated cement with a polyfunctional additive

Improvement the efficiency of the use of concrete in the manufacturing of building products and structures concerned with the use of various types of modifiers. For modifying the construction materials the nano-additive of various kinds are used increasingly and efficiently enough. Specificity of nanotechnology is the difficulty in the base material statistically uniform distribution of the control dose «primary» nanoparticles which are also prone to aggregation.

Particular interest for the modification of cement concrete are nanopowders (graphite tube, aerosol etc.) And sols (siliceous, alumina) which are expedient to use as a component for the production of polyfunctional additives. In this regard, the aim of the work was to study the siliceous nano-additive together with concrete modifier effectiveness.

The article shows the influence of siliceous sol with superplasticizer on cement paste strength. The results of the study of the polyfunctional additives using siliceous on the structure cement system, and on physical and mechanical properties of heavy concrete are shown and thermographs of cement hydration products with their using are performed. The result of the tests is shown opportunity of using siliceous sol as a component of the complex concrete additives for performance enhancing.

Keywords: siliceous, concrete mix, structurization, polyfunctional additive, strength, heavy concrete.

1. Korolev E.V. The Basic principles of practical nanotechnology in construction materials // Nanotechnologies v stroitelstve: nauchnyi internet journal, 2009, № 1. - Р. 66-79.

2. Badretdinov I.R., Huzin A.F., Gabidoullin M.G., Rakhimov R.Z. Study of the effect additives KDU-1 modified carbon nanotube on physical-mechanical properties of high strength fiber-reinforced concrete // Izvestija KGASU, 2013, № 1 (27). - Р. 182-191.

3. Puharenko Y.V., Staroverov D.V., Ryzhov D.I. Fulleroid carbon nanoparticles for modifying concrete // Technologija betonov, 2015, № 3-4 (104-105). - Р. 40-43.

4. Jadvyga Keriene, Basic Kligys, Antanas Laukaitis, Grigory Yakovlev, Algimantas pokauskas, Marius Aleknevicius. The influence of multi-walled carbon nanotubes additive on properties of non-autoclaved and autoclaved aerated concretes//Construction and Building Materials, 2013, V. 49. - Р. 527-535.

5. Khozin V.G., Abdrakhmanova L.A., Nizamov R.K. The Overall concentration pattern of effects nanomodification building materials.// Stroitelnye materialy, 2015, № 2. - Р. 25-33.

6. Korolev E.V. Еstimation of the concentration of the primary nanomaterials for modification of construction composites // Nanotechnology v stroitelstve, 2014, № 6. - Р. 31-34.

7. Kashapov R.R., Krasilnikova N.M., Khozin V.G., Shamin D.R., Galeev A.F. Complex additive on the basis of sodalitates mixture // Izvestija KGASU, 2015, № 2 (32). - Р. 239-243.

8. Kashapov R.R., Krasilnikova N.M., Morozov N.M., Khozin V.G. Influence of complex additive on the hardening of cement stone // Stroitelnye materialy, 2015, № 5. - Р. 27-30.

9. Timashev V.V. Selected works. Synthesis and hydration of binders. - M.: Nauka, 1986. -424 p.

10. Larionova Z.M. Research methods of cement and concrete. - M.: Stroiizdat, 1970. - 160 p.

Аэросил – диоксид кремния

Физико-химические свойства аэросила (диоксида кремния)

Аэросил (от латинского слова - Aerosilum), оксилы (от латинского слова - Oxylum) кремния диоксид, Silica colloidalis anhydrica (Ph. Eur.), Colloidal silicon dioxide (USP), Colloidal anhydrous silica (BP), Silica (CAS № 7631-86-9) - аморфный диоксид кремния безводный, относится к группе синтетических активных высокодисперсных минеральных наполнителей. В фармации аэросил (диоксид кремния) используется как вспомогательное вещество, стабилизатор, гелеобразователь, адсорбент, улучшает текучесть таблетированных, мазевых, гелевых и других смесей. Иногда диоксид кремния используется как активный фармакологичекий ингридиент (обладает бактерицидными свойствами, детоксикант, сорбент).

Получают диоксид кремния путем гидролиза паров кремния тетрахлорида в пламени водорода при температуре> 1000 ° С (1100-1400 ° С). Полученный продукт - белый, аморфный, непористый, индифферентный порошок распыляется, содержит 99,3% SiO2; имеет высокую дисперсность (диаметр частиц 4-40 мкм, имеют сферическую или почти сферическую форму), удельная адсорбционная поверхность составляет 50-450 м2/г; насыпной объем приблизительно 50 г/л, плотность - 2,36 г/см3; рН водной суспензии - 4,0; показатель преломления n20D = 1,46. Аэросил не растворяется в воде, кислотах и разбавленных щелочах. При концентрации аэросила в воде в количестве 10-12% образуется маловязкая текучая суспензия, при 17% - полужесткая масса, при 20% - крупчатая, которая при растирании превращается в гомогенную мазеобразный массу. В связи с большим сродством к воде аеросил относят к гидрофильным веществам. Зато диоксид кремния (аэросил) марки R972 имеет гидрофобные свойства.

Существует несколько торговых марок аэросила (диоксида кремния), которые различаются в основном по величине удельной поверхности, степенью гидрофильности или гидрофобности, а также наличием других веществ-наполнителей. Согласно определению номенклатурной комиссии аморфный диоксид кремния получил название оксида. В Украине химико-металлургическим комбинатом по лицензии фирмы «Degussa» производятся немодифицированный стандартный аэросил марок 175; 300 380 с гидрофильной поверхностью; метилаэросил АМ-1/175 и АМ-1/300, модифицированный диметилдихлорсиланом; эфироорганоаэросил марок АДЕГ-175 и АДЕГ-300, модифицированных этиленгликолем и диэтиленгликолем, и АМ-2, модифицированный аминоспиртами. В США производят модифицированный аэросил - органосил и кебосил (фирма «Cabot»), в России - бутосил, аэросил-К, который составляет сочетание 85% диоксида кремния и 15% крахмала, аэросил марки СОК-84, который является коагулянтом 85% диоксида кремния и 14% оксида аммония. В Германии фирма «Degussa» производит гидратированные марки аэросила, содержащих связанную воду (дуросил, вулкасин, сифлокс, ультрасил и др.), которые отличаются содержанием SiO2, диаметром частиц, плотностью и свойствами), аэросил в виде суспензий (К-314, содержит 14% А., К-328, содержит 28% А.). В Японии производится микросил и носил, во Франции - франсил, в Англии - маносил. Для косметики может производиться в виде пасты. Недавно аэросил внесен в фармакопеи различных стран (Венгрии, Дании, Австрии и др.). В США диоксид кремния (аэросил) разрешен также как добавка к пищевым продуктам в количестве 2%.

Аэросил относят к теории «чистых» веществ, которые высвобождают активные ингредиенты без затраты энергии. Электронно-микроскопические исследования показали, что каждая основная частица аэросила состоит из четырех отдельных слоев (рисунок). Ядро этой частицы является трехмерным полимером из элементов SiO2. Имея на поверхности частиц Силан Si-OН и силоксановые Si-O-Si группы, аэросил способен за счет водородных связей создавать узороподобный каркас, позволяющий ограничивать температурное расширение загущенной жидкости. Силоксановые и силановые группы в аэросиле являются функциональными, а связь кремний - кислород характеризуется высокой прочностью (достигает 372,5 Дж / моль), что объясняется его полярностью, благодаря которой ковалентная связь приближается к ионной связи.

Таблица – Основные свойства диоксида кремния (аэросила)

Структура аэросила (сегмент основного участка) Описание Реакция на повышение температуры
Несвязанная вода Освобождается при 105 °С
Связанная вода Освобождается при 105–200 °С
Группы SiOН на поверхности кремнезема Превращается в силоксановые группы при ≥200 °С2SiOН = Si–O–Si + Н2О
Ядро кремнезема Тпл 1700 °С
Структура аэросила – диоксида кремния

Рисунок. Структура пространственной сетки аэросила в гидрогеле

Силаноловые группы распределены неравномерно. Различают поверхностные силановые группы, которые могут быть свободными или соединенными водородными мостиками, и силанола группы внутри молекулы, которых также могут быть соединены между собой водородными мостиками. В результате создается разветвленная объемная структура, в результате чего аэросил относят к неорганическим полимерам. Силоксановые группы имеют гидрофобные свойства, они стабильны (ОН силaноловои группы отщепляются при температуре> 300 ° С), обусловливают кислую реакцию; имеют гидроксильные группы как на поверхности, так и внутри молекулы аэросила. При равномерном распределении каждый второй атом кремния имеет гидроксильную группу на поверхности.

Это и обуславливает три вида взаимодействия аэросила: физическую адсорбцию, химическую адсорбцию (образование водородных мостиков группами силанола с водой, спиртами, кислотами и другими веществами) и химические реакции на поверхности молекулы. Так, группы силанола взаимодействуют со спиртами, образуя эфиры.

Аэросил (диоксид кремния) имеет хорошие сорбционные свойства, поглощает от 15 до 60% различных жидкостей в зависимости от их природы, не меняя внешнего вида и сыпучести порошка. Первый слой воды абсорбируется аэросилом за счет создания водородных мостиков (химическая адсорбция), а последующие слои - за счет физической адсорбции. Физически адсорбированная вода высвобождается при температуре 25-150 ° С, тогда как химически адсорбированная - при 800 ° С.

Аэросил, который используется для производства лекарств, должен иметь высокую чистоту. В таблице 1 приведен химический состав различных торговых марок аэросила, которые могут иметь определенные примеси, образующиеся при производственных процессах, например, следы соляной кислоты, которая вызывает рН 4% водной суспензии полимера (3,6-4,3). Итак, аэросил (диоксид кремния) ведет себя как слабая кислота.

Таблица 1 - Химический состав различных марок аэросила (в пересчете на сухое вещество, по М.М. Астраханову)

Полезно знать

© VetConsult+, 2015. Все права защищены. Использование любых материалов, размещённых на сайте, разрешается при условии ссылки на ресурс. При копировании либо частичном использовании материалов со страниц сайта обязательно размещать прямую открытую для поисковых систем гиперссылку, расположенную в подзаголовке или в первом абзаце статьи.

В наши дни с успехом применяются многочисленные вещества, позволяющие увеличить вязкость тех или иных материалов – эмалей, клеевых составов, смол, герметиков. Особой популярностью среди них пользуется аэросил, доказавший превосходную эффективность.

Аэросил – характеристики и особенности

Аэросил

Аэросил (диоксид кремния) – это легкий высокодисперсный порошок белого цвета без запаха и вкуса. При его тонком распылении получается практически прозрачный едва заметный слой, иногда с голубоватым оттенком. Вещество, получаемое в процессе гидролиза кремния в пламени гремучего газа, не вступает в соединение с молекулами воды и выпадает в осадок. Микроскопические частицы порошка имеют шаровидную форму. Цифровая маркировка, которая всегда указывается после названия вещества, показывает размер микрочастиц – от их величины зависят физико-химические свойства аэросила. Вещество имеет очень низкие показатели теплопроводности, поэтому представляет собой ценный термоизоляционный материал.

Среди других ценных потребительских свойств можно выделить:

  • хорошие адсорбционные свойства;
  • твердость и прочность мелкодисперсных частиц;
  • стойкость к агрессивным средам;
  • способность улучшать сыпучесть порошковых смесей.

На рынок продукт обычно поставляется в многослойных бумажных мешках весом 10 кг.

Область применения

Аэросил

Вещество находит широкое применение во многих областях жизни и деятельности человека:

  • производство строительных и отделочных материалов - силикатов, герметиков, лаков, печатных красок, теплоизоляционных материалов, шпатлевок, смазок;
  • медицина и фармацевтика – придание жидким лекарственным препаратам порошкообразной формы, изготовление медикаментов - драже, таблеток, аэрозолей. Вещество на сто процентов безопасно для здоровья человека, не наносит вред окружающей среде. Более того, при попадании в организм оно способствует выведению аллергенов, отравляющих веществ и токсинов, болезнетворных микроорганизмов, устраняет мягкий зубной налет, запах изо рта, купирует похмельный синдром. Согласно проведенным исследованиям, аэросил обладает также выраженными бактерицидными свойствами;
  • косметическое производство – с его помощью производители изготавливают пасты, пудры, лосьоны кремы;
  • пищевая промышленность – в качестве добавок.

Как уже упоминалось выше, характеристики вещества можно определить, исходя из его маркировки. Так, Аэросил 200 способствует загущению жидких субстанций, позволяет придать порошкам дополнительную сыпучесть, аэросил 380 широко применяют в производстве прозрачных лаков на основе полиэфирных смол, аэросил с маркировкой R972 и R974 позволяет стабилизировать пигменты в антикоррозийных защитных покрытиях.

Благодаря многочисленным положительным свойствам этого уникального вещества интерес к нему специалистов возрастает из года в год. Можно с уверенностью утверждать, что область его применения в будущем существенно расширится.

Аэросил (или диоксид кремния) - это полупрозрачный (имеет слегка голубоватый оттенок), легкий и рыхлый порошок без аромата и вкуса. Получается он в результате гидролиза кремния в пламени гремучего газа (смесь водорода и кислорода в результате горения). Полученное вещество не соединяется с водой. Его относят к группе гидрофобных веществ, так как оно выпадает в осадок, не вступая во взаимодействие с жидкостью, не перемешиваясь с ней. Вот, вкратце, что это такое - аэросил. Далее мы познакомимся более подробно с этим веществом и узнаем область его применения.

аэросил что это такое

Физико-химические свойства

В своей структуре вещество аэросил имеет шаровидные частицы, диаметром от 7 до 40 нанометров. Если бы можно было выложить в цепочку все частицы вещества, то этой длины хватило бы добраться с Земли до Луны 17 раз.

Получение аэросила кремния впервые зарегистрировали в 1942 году, и с тех пор его реализация воплотилась в промышленном масштабе. А связано это было с широким спектром применения данного вещества.

Получение двуокиси кремния характеризуется различным диапазоном размера мелких частиц, в зависимости от условий протекания химических реакций. В результате чего меняются физико-химические свойства вещества, и маркируется он различными цифрами после своего основного названия. Поэтому после слова "аэросил" всегда стоит цифра, говорящая о размере его частиц.

На внешней поверхности последних расположены группы силоксана и силанола, которые придают аэросилу инертность к воде. По этой причине он и является гидрофобным и обладает высокой химической стойкостью к различным реагентам.

аэросил кремния

Область применения аэросила

Как уже ранее говорилось, область применения его широка и затрагивает такие сферы:

  • строительство - изготовление силикатов, герметиков, лаков, печатных красок, изолирующие материалы и т.д.;
  • фармацевтику - превращение жидкости в сыпучие порошки, изготовление драже, таблеток, аэрозолей и т. д. (адсорбционные свойства позволяют использовать его и в медицине);
  • косметику - изготовление лосьонов, кремов, пудры, пасты и т. д.;
  • продукты питания - в качестве добавок.

Что это такое - аэросил, можно рассказывать очень долго, но перечисленное выше является основной областью использования этого вещества.

Применение в строительстве

В строительной сфере кремнистое соединение улучшает физико-механические свойства материалов. Оно повышает прочность, упругость, износостойкость и термостойкость материалов, прекрасно справляется в качестве загустителя и много другого. Прозрачные лаки на основе полиэфирных смол получены также благодаря этому веществу.

диоксид кремния аэросил

Аэросил усиливает механические свойства пластмассовых изделий, обладает прекрасными изоляционными качествами (низкой теплопроводностью), поэтому его широко используют в материалах, изолирующих кабели. Кроме перечисленного, диоксид кремния (аэросил) используют в качестве стабилизатора пигментов в защите от коррозии металлических покрытий.

Исходя из сказанного, диоксид кремния является просто уникальным соединением. Но что это такое - аэросил, с точки зрения безопасности для человека? Приятным дополнением ко всему является его пожаробезопасность и нетоксичность. Данное соединение абсолютно безвредно для здоровья человека или иного живого существа.

Использование в медицине

А что представляет собой аэросил в фармацевтике и медицине? Оказывается, коллоидная двуокись кремния обладает хорошей сорбцией в отношении ферментов, антигенов, продуктов распада тканей, различных токсинов, аллергенов, микроорганизмов и много другого. Поэтому его используют местно при необходимости в регенерации мягких тканей и кожи (в том числе гнойно-воспалительной этиологии), а также внутрь при отравлениях, кишечных инфекциях, аллергических проявлениях, расстройстве ЖКТ.

Это соединение не расщепляется в организме, не всасывается кишечником и выводится в неизменном виде. Но при этом не повреждает слизистую оболочку желудка и выводит токсины.

Также назначение препаратов, содержащих аэросил, возможно при нарушениях в процессах обмена веществ, ухудшении работы печени и почек. Хорошо он справляется и с выведением мочевой кислоты, которая негативно сказывается на здоровом функционировании суставов.

Нельзя забывать и об абразивных качествах аэросила. Что это такое для простого обывателя? Это устранение зубного налета, благодаря деликатному очищению полости рта зубной пастой.

вещество аэросил

В заключение об уникальном веществе

Сегодня мы немного приоткрыли завесу над уникальным веществом под названием двуокись кремния. И надеемся, что вы сможете ответить, что это такое - аэросил. Хотя сделать это однозначно будет сложно, так как это универсальное средство, область применения которого просто немыслимо огромна.

Из плюсов - он абсолютно безопасен и безвреден для человека, а его многочисленные положительные свойства не могут не интересовать специалистов. В промышленном масштабе он будет и далее применяться, а его сфера распространения будет только расти год от года.

Читайте также: