Высокоактивный метакаолин (ВМК)

1.«Бетонные» болезни или зачем его модифицировать

Бесспорным фактом является то, что бетон - это наиболее широко используемый в мире строительный материал, и, пожалуй, лучший и наиболее универсальный материал, благодаря многообразию свойств, которых можно добиться, целенаправленно изменяя состав бетонов и используя различные технологии его укладки и обработки поверхности.

Но обычному бетону присущи и недостатки.

Одним из недостатков является недостаточная долговечность.

Снижению долговечности бетона, прежде всего, способствуют следующие основные факторы:

  • a. Хрупкость и пылеобразующие свойства необработанной бетонной поверхности
  • b. Низкая коррозионная стойкость бетона

В той или иной мере, "виновницей" этих "бед" является известь, образующаяся при твердении (гидратации) портландцемента, в количестве до 20% от исходной его массы.

Рассмотрим более подробно влияние извести на свойства бетона.

Прежде, чем "уничтожать" достоинства извести, надо сделать ей комплимент: известь - это основной минерал в бетоне, обеспечивающий саму возможность существования основного строительного материала нашей эры: железобетона. Известь обеспечивает необходимую щелочность бетона, пассивирующую сталь арматуры и защищающую ее от коррозии.

Теперь о грустном.

  • a. Влияние извести на механические свойства бетона

Бетон, состоящий на 70-80% из заполнителей (дисперсных частиц) и на 20-30% из цементного камня (матрицы), представляет собой классический пример композиционного материала.

Посмотрим на твердости по Моосу основных компонентов бетона:

Силикатные заполнители (70-80%) - гранит, полевой шпат, кварц и т.п. 6-7
цементный камень (20-30%) - связующий компонент 4
Известь (4-6%) 2,5

Слабое звено долго искать не нужно, оно очевидно.

При этом, известь в бетоне откладывается, в основном, на границе цементный камень - заполнитель в виде минерала портландита, обусловливая слабые и пористые зоны на границах раздела, снижая тем самым прочность сцепления составляющих частей бетона и его прочность в целом.

Свойства дисперсно-заполненных композиционных материалов определяются как свойствами матрицы и заполнителей, так и их взаимодействием на границе их раздела. Таким образом, отложения портландита не позволяют реализовать весь потенциал составных частей бетона, снижая его механические свойства.

На практике это выражается в легком выкрашивании мелких заполнителей из поверхности бетона при износе, сопровождающемся выделением коррозионной щелочной и абразивной пыли, приносящей немалый ущерб оборудованию, окружающим материалам, и, в конце концов, нашему здоровью.

  • b. Вклад извести в коррозионную стойкость бетона

Являясь растворимым в воде и химически активным компонентом бетона, известь является корнем практически всех типов коррозии бетона, в частности:

  • Выщелачивание - при фильтрации воды через бетон известь вымывается из цементного камня, образуя в системе множество пор. Снижение щелочности цементного камня в последствии приводит и к вымыванию других вяжущих фаз.
  • Силикатно-щелочная реакция - в присутствии щелочей известь может реагировать с активными силикатными заполнителями бетона. В результате этой реакции образуется гель, который при насыщении водой значительно увеличивается в объеме, приводя к местному разрушению бетона.
  • Сульфатная коррозия - при взаимодействии с соединениями серы, содержащимися в атмосфере или растворенными в воде осадков (кислотные дожди), известь преобразуется в сульфат кальция (гипс), который взаимодействует с минералами цементного камня с образованием расширяющихся и разрушающих бетон новообразований.
  • Хлоридная коррозия - ионы хлора, проникающие в поры бетона, снижают пассивирующие свойства бетона к арматуре, вызывая коррозию арматуры. Сталь, окисляясь, увеличивается в объеме, разрушая железобетон.
  • Карбонизация - атмосферный углекислый газ, реагируя с известью, преобразует ее в известняк. При этом щелочность бетона снижается ниже пассивирующего сталь уровня, что приводит к коррозии арматуры в железобетоне, со всеми вытекающими отсюда "прелестями".
  • c. Высолообразование

Наконец, та самая известь приводит к появлению на цементных поверхностях белого нерастворимого налета, ухудшающего внешний вид бетонных конструкций и других цементных покрытий.

Механизм этого эффекта следующий: с капиллярной влагой растворенная известь мигрирует на поверхность и откладывается на ней в виде растворимых кристаллов. В последствии атмосферная углекислота карбонизирует ее в уже нерастворимый известняк, который уже непросто удалить с поверхности. Этот процесс может повторяться долгие годы каждый раз при намокании и высыхании бетона.

Все вышесказанное наглядно обосновывает желание убить десяток-другой зайцев одним единственным выстрелом, заключающемся в преобразовании извести в нерастворимые и прочные соединения.

Наиболее метким и убойным оружием для этой цели являются активные минеральные добавки, обладающие пуццоланическими свойствами.

2. Активные минеральные (пуццолановые) добавки

Термин пуццолановые добавки исходит от пуццоланы - красновато-пурпурного мелкозернистого песка вулканического происхождения использовавшегося римлянами еще во II веке до н.э. в сочетании с известью для изготовления удивительно долговечных и прочных бетонов. В наши дни понятие пуццоланическая активность обозначает способность материала реагировать с известью при нормальных условиях с образованием фаз, обладающих вяжущими свойствами.

Пуццолановыми свойствами обладают аморфные формы кремнезема (окиси кремния) и глинозема (окиси алюминия).

Существуют как природные, так и техногенные пуццолановые добавки.

Среди природных можно назвать: вулканические туфы, пемзы и золы, опоки, диатомиты.

К техногенным пуццоланам относятся такие материалы, как: золы уноса ТЭС, зола рисовой шелухи, тонкомолотые кислые шлаки, микрокремнезем и, наконец, метакаолин.

Применяемые для модификации портландцемента пуццолановые добавки различны по химическому составу и физическим характеристикам, таким как содержание и состав активной фазы, размер частиц и их распределение по размерам, удельная площадь поверхности, степень кристалличности и цвет, и таким образом обладают различным уровнем пуццоланической активности и другими характеристиками.

Из наиболее активных пуццоланов можно выделить микрокремнезем и метакаолин.

Микрокремнезем (МК) представляет собой ультрадисперсную пыль, образовавшуюся в результате конденсации паров, являющихся побочным продуктом при производстве кремниевых сплавов.

Ультратонкий размер частиц (0,01-0,1 мкм), аморфная форма и высокое содержание окиси кремния определяют высокую пуццоланическую активность материала, достигающую 350-450 мг связываемой извести на 1 г микрокремнезема.

Метакаолин (ВМК) представляет собой силикат алюминия, получаемый при термической обработке в заданном режиме каолинита. Благодаря тому, что метакаолин является целевым продуктом производства с тщательным подбором сырья и контролем технологии производства, а так же благодаря содержанию активной окиси алюминия, способной связывать значительно больше извести, чем кремнезем, активность метакаолина достигает более 1000 мг связываемой извести на 1 г метакаолина.

3. Высокоактивный метакаолин (ВМК)

Таким образом, высокоактивный метакаолин способен связать большее количество извести, чем весит сам, что в 2--3 раза больше, чем активность МК.

Кроме более высокой пуццоланической активности, высокоактивный метакаолин обладает целым рядом других преимуществ по сравнению с МК:

  1. Высокоактивный метакаолин - это единственный пуццолан, являющийся целевым продуктом производства, что обусловливает значительно более высокую стабильность его характеристик по сравнению с МК.
  2. Скорость реакции высокоактивного метакаолина с известью так же выше, чем у МК, что обеспечивает надежное ее связывание уже в первые дни твердения бетона, предотвращая высолообразование на поверхности.
  3. Помимо связывания щелочноземельных металлов (в т.ч., извести), метакаолин способен связывать и щелочные металлы в нерастворимые соединения типа цеолитов и полевых шпатов, в то время, как МК не способен связывать щелочи в нерастворимые соединения. Таким образом, ВМК обеспечивает лучшую защиту бетона от высолообразования и силикатно-щелочной реакции.
  4. Обладая средним размером частиц 1-3 мкм, метакаолин прекрасно встраивается в гранулометрию цемента, имеющего средний размер частиц 10-20 мкм. Это обусловливает существенную экономию пластификаторов для достижения той же подвижности смесей, по сравнению с применением МК, и, в частности, позволяет получать высококачественные самовыравнивающиеся смеси для полов, обладающие высокой подвижностью и стойкостью к седиментации (расслоению).
  5. Светлый цвет метакаолина позволяет применять его в декоративных составах на основе белого цемента, а в случае применения в цветных составах на основе серого портландцемента, метакаолин обеспечивает более яркие цвета бетонов и отделочных смесей.
  6. Являясь глинистым материалом, метакаолин обеспечивает отличную пластичность смесям и отсутствие липкости, свойственной микрокремнезему. Это особенно важно для применения в таких составах, как штукатурки, шпатлевки, затирочные составы, материалы для покрытий полов и другие составы, требующие затирки и заглаживания.

Помимо своих уникальных свойств в цементных составах, метакаолин проявляет поистине универсальные свойства в материалах, основанных на других видах вяжущих:

С магнезиальными вяжущими

Добавка метакаолина существенно повышает водостойкость вяжущих на основе магнезиального цемента (цемента Сореля). При этом магнезиальное вяжущее не теряет своих исходных преимуществ (высокая прочность на изгиб, высокие темпы набора прочности, высокая адгезия), как это наблюдается в случае его модификации силикатными материалами.

С глиноземистым цементом

Добавление метакаолина позволяет существенно повысить остаточную прочность огнеупорных бетонов после обжига, обычно теряющих 50 и более % прочности после нагревания до 800 oС.

С гипсом

В сочетании с гипсом и портландцементом материал позволяет получать водостойкие материалы (гипсоцементнопуццолановые вяжущие (ГЦПВ), обладающие положительными свойствами гипса (легкость, пластичность, высокая паропроницаемость) и цемента (водостойкость). При этом пластичность смесей даже улучшается, а дозировка ВМК требуется значительно меньшая по сравнению с МК.

С жидким стеклом

Метакаолин способен реагировать с щелочными силикатами с образованием водостойких и химически стойких соединений (наподобие цеолитов). Это позволяет получать водостойкие материалы на основе жидкого стекла.

4. ВЫВОДЫ

Как мы видим из вышесказанного, метакаолин является великолепной альтернативой МК по двум причинам:

  • а. Стоимость метакаолина примерно на 25-30% выше, чем у МК. Но количество связываемой извести в 2-3 раза больше. Таким образом, метакаолин позволяет получать примерно 30% экономию на активных минеральных добавках по сравнению с МК, учитывая тот факт, что для достижения того же количества связанной извести его дозировка может быть снижена в 2 раза по сравнению с МК.
  • б. Метакаолин обладает целым букетом вышеописанных преимуществ по сравнению с МК, позволяющих добиться качественно новых характеристик строительных материалов, недостижимых или трудно достижимых в случае применения МК.

Таким образом, универсальные свойства ВМК делают его идеальным для изготовления ячеистых бетонов низкой плотности, литьевых бетонов для высокоточного литья, кладочных и отделочных сухих смесей, смесей для наливных полов, для герметизации бассейнов, химических резервуаров во многих других областях применения.

5. Компания "МетаПро" и метакаолин "МетаЦем"

Теперь, позвольте нам скромно представиться.

Наша фирма создана с целью обеспечить российский рынок высококачественным метакаолином.

К этой цели мы движемся по двум направлениям:

  • Используя свои возможности в странах юго-восточной Азии, мы наладили поставки лучшего по качеству в этом регионе метакаолина с завода 20 Microns.
  • Параллельно с поставками импортного продукта мы налаживаем собственное производство. Планируемый объем производства составляет … т/год и он призван обеспечить растущую потребность российского рынка в метакаолине.

В частности, нами уже выпущена первая опытно-промышленная партия ВМК, которая, по результатам наших собственных испытаний, а так же, по отзывам первых потребителей, не уступает импортным образцам метакаолина.

Высокоактивный метакаолин (ВМК)

Данная диаграмма показывает, что произведенный нами метакаолин обладает как более высокой активностью, по сравнению с испытанными аналогами, так и более высокой скоростью протекания реакции, что вселяет в нас большие надежды на светлое будущее.

Sincerely и с надеждой на ажиотажный спрос,
ООО "МетаПро"
Б.С. Калачик … - Генеральный директор,
С.А. Захаров - коммерческий директор

МетаПро © 2011

Высокоактивный метакаолин (ВМК)

yandex  Rambler's Top100
Каталог ссылок

© MetaPro. Материалы строительной химии.
Офис: +7 (916) 979-53-31
E-Mail: info@meta-pro.ru