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

   Расчеты показывают, что объем пространства, который может зонировать одна частица микрокремнезема относительно мал по сравнению с ее собственным объемом – не более 15%. Поэтому для зонирования фазообразования во всем объеме цементного теста необходимо (без учета агрегации частиц) введение до 2∙1018 частиц, что в пересчете на 1 м3 камня составляет (при В/Ц = 0,3) порядка 150–180 кг или 9–11% от массы цемента. Это достаточно хорошо согласуется с экспериментальным определением оптимальной дозировки микрокремнезема в цементных бетонах (12–15% от массы цемента). При этом в 1 м3 цементной суспензии будет дополнительно «привнесено» порядка 4∙106 м2 площади поверхности раздела фаз и до 4 МДж поверхностной энергии.
   По расчетам объем пространства, который зонирует одна наноразмерная частица кремнезема, может быть не только сопоставим с ее собственным объемом, но и превышать его в 2–3 раза, поэтому для зонирования всего объема цементного теста необходимо (опять же без учета агрегации частиц) введение до 6∙1019 частиц, что в пересчете на 1 м3 цементного камня составит (при В/Ц = 0,3) порядка 40–50 кг или 2,5–3% от массы цемента. При этом в 1 м3 цементной суспензии будет дополнительно привнесено до 1∙107 м2 площади поверхности раздела фаз и до 12 МДж поверхностной энергии. Нами экспериментально (методом Кифера-Джонсона) определена оптимальная по критерию максимального предела прочности при сжатии дозировка наноразмерных частиц SiO2, которая составила 4–5% от массы цемента. Имеющее место расхождение теоретических и экспериментальных данных обусловлено, очевидно, агрегацией вводимых наноразмерных частиц кремнезема.
   При оптимальной концентрации наноразмерных частиц в смесь вводится в 30–40 раз больше дополнительных площадей раздела фаз, чем при оптимальной дозировке микрокремнезема. Это обеспечивает дополнительную адсорбцию молекул воды на поверхности, снижает долю свободной воды в системе, повышает ее вязкость и пластическую прочность, ускоряет процесс формирования коагуляционной структуры.
   Частицы микрокремнезема и, очевидно, наноразмерного кремнезема, заполняя поры в структуре твердеющего камня, способствуют повышению его плотности. При этом наблюдается уменьшение содержания открытых пор, изменение распределения пор по размерам. По данным [4], относящимся к применению микрокремнезема, имеет место ускорение гидратации, уменьшение содержания Ca(OH)2, увеличение количества химически связанной воды, ускорение образования гидросиликатов типа C-S-H (I). Это в полной мере относится и к наноразмерному кремнезему.
   Рентгенометрическое исследование кинетики процесса структурообразования цементного камня, модифицированного наноразмерными частицами SiO2, выявило следующие закономерности: процесс протекает значительно быстрее, так как уже при длительности твердения 1 час присутствует значительное количество гидросиликатных фаз; процесс фазообразования характерен тем, что доминирующей фазой в данном случае являются более низкоосновные гидросиликаты кальция.

  Окончание следует.

  Е.М. ЧЕРНЫШОВ, Д.Н. КОРОТКИХ