Применение пирогенного кремнезема в стекловолокнистом бетоне 

Пирогенный кремнезем, обычно называемый пирогенным кремнеземом, представляет собой аморфный порошок, получаемый в результате гидролиза хлорсилана в высокотемпературной воде, образующейся при горении гидроксильного пламени. Этот аморфный белый порошок представляет собой нетоксичный, без запаха и не загрязняющий окружающую среду неорганический наноматериал. Он имеет трехмерную сетевую структуру с ненасыщенными связями и гидроксильными группами в различных состояниях связи (изолированный гидроксил, соседний гидроксил, двойной гидроксил и т. д.) на своей поверхности.

Стекловолокнистый бетон (GRC) представляет собой высокоэффективный цементный композитный материал, образованный путем введения стекловолокна с высоким модулем упругости в цементную матрицу. Цементная матрица в составе GRC позволяет стекловолокну сохранять требуемое положение и ориентацию армирования, одновременно передавая внешние нагрузки между волокнами, что значительно снижает хрупкость цементной матрицы. Выдающиеся свойства GRC открывают широкие перспективы применения в строительстве, гражданском строительстве, сельском хозяйстве, лесном хозяйстве, животноводстве и рыболовстве.

Основные компоненты GRC включают обычный портландцемент, белый цемент, сульфоалюминатный цемент с низким содержанием щелочи, щелочестойкий маты из рубленного стекловолокна, акриловые сополимерные эмульсии (например, Forton VF-774), поликарбоксилатные суперпластификаторы, кремнеземный дым, летучую золу и пирогенный кремнезем.

Основной подход к модификации стекловолокнистого бетона заключается в добавлении в цементную матрицу минеральных мелких заполнителей с высокой пуццолановой активностью, таких как летучая зола, кремнеземный дым, каолинит и нанокремнезем (пирогенный кремнезем). Кроме того, в цементный раствор добавляются полимерные эмульсии, такие как акриловая сополимерная эмульсия «Forton» VF-774. В Китае для производства GRC используется низкощелочной сульфоалюминатный цемент в сочетании с циркониево-титановыми щелочестойкими стекловолокнами (содержащими 14,5% ZrO₂ и 6% TiO₂) или высокоциркониевыми щелочестойкими стекловолокнами (содержащими более 16% ZrO₂). Это называется уникальным китайским техническим подходом «двойного страхования» GRC.

Ограждающая конструкция GRC

Кремнезем Aerosil в основном используется в относительно высококачественных изделиях из стеклопластика, при этом его применение в стандартных стеклопластиковых навесных фасадах ограничено. Его основные функции включают: повышение прочности изделий из ГРС, в первую очередь за счет поверхностного эффекта и эффекта размера наночастиц. Когда размер частиц уменьшается до наноразмера, не только количество поверхностных атомов быстро увеличивается, но и площадь поверхности и поверхностная энергия наночастиц значительно возрастают. В результате их химическая активность и каталитическая активность претерпевают существенные изменения по сравнению с обычными частицами. Это способствует интенсивному связыванию между пирогенным кремнеземом и продуктами гидратации, образуя гелевую фазу гидрата силиката кальция на поверхности частиц с пирогенным кремнеземом в качестве кристаллического ядра. Это преобразует рыхлый гель гидрата силиката кальция в сетевую структуру, сконцентрированную вокруг пирогенного кремнезема, уменьшая ползучесть цементного раствора и, как следствие, повышая прочность и другие свойства затвердевшего цементного раствора.