Модифицирование  структуры  цементного  камня  микро-  и  наноразмерными  частицами  кремнезема.  Часть  III.

   Еще один принципиально важный механизм модифицирования структуры цементного камня при введении микро- и наноразмерных частиц связан с возможностью их непосредственного химического участия в гетерогенных процессах фазообразования гидратных соединений. Такая возможность определяется как субстанциональным признаком (химико-минералогическим составом) частиц, так и повышенными значениями удельной площади их поверхности и удельной поверхностной энергией.
   Поэтому, выбирая и применяя тот или иной вид микро- и наномодифицирующих частиц, важно обеспечить включение в работу всех рассмотренных механизмов. И в этом смысле необходимо обратить специальное внимание на субстанциональное соответствие состава частиц продуктам гидратации минералов цементов, так как с этим связано непосредственное их участие в химических реакциях образования новой фазы. А это существенно предопределяет экономическую эффективность модифицирования. Именно исходя из этого предпочтительным следует считать модифицирование структуры цементного камня микро- и наноразмерными частицами ксонотлита, эттрингита, хризотила, кремнезема. В этом ряду одним из самых приемлемых вариантов является использование наноразмерных частиц кремнезема по причине их доступности, возможности относительно простого и недорогого синтеза.
   При общности рассмотренных механизмов модифицирования структуры цементного камня микроразмерными и наноразмерными частицами кремнезема существует принципиальная разница в эффективности их применения. Это обусловлено прежде всего значительным отличием размеров микро- и наноразмерных частиц кремнезема при том, что по своей субстанциональной природе микро- и наноразмерные частицы кремнезема являются подобными.
   Применяемый сегодня в практике микрокремнезем является побочным продуктом производства кремния и ферросплавов, состоящим на 80–98% из диоксида кремния аморфной модификации; частицы имеют сферическую форму со средним диаметром 200 нм; удельная площадь поверхности, измеренная методом адсорбции азота, составляет 15 000–25 000 м2/кг [1]; удельная поверхностная энергия может достигать 18 кДж/кг, а число частиц в единице объема – 1018 шт./м3.
   Габариты наноразмерных частиц кремнезема на два порядка меньше размеров частиц микрокремнезема и составляют от 1 до 20 нм; удельная площадь поверхности наноразмерных частиц SiO2 может достигать 200 000 м2/кг, а удельная поверхностная энергия – до 250 кДж/кг. Это создает ситуацию, когда большинство связей атомов наночастиц выходит на поверхность, тем самым обеспечивая чрезвычайно высокую удельную поверхностную энергию, отнесенную к массе частиц [2].
   В наших исследованиях в лабораторных условиях из химически чистого сырья золь-гель методом получены [3] наночастицы SiO2 размером от 5 до 20 нм. Исходными компонентами для получения наноразмерных частиц SiO2 являлись силикат натрия (Na2SiO3∙ 9H2O) марки ХЧ, ГОСТ 4239-66; соляная кислота, марки ХЧ, ГОСТ 3118, дистиллированная вода, ГОСТ 6709. Была использована технологическая цепочка получения наноразмерных частиц SiO2, включающая следующие этапы: растворение исходной соли силиката натрия в воде; синтез наноразмерного золя SiO2 методом прямого и обратного титрования соляной кислотой; созревание золя и получение качественного наноразмерного модификатора.

  Продолжение следует.

  Е.М. ЧЕРНЫШОВ, Д.Н. КОРОТКИХ