A method has been developed for the synthesis of a complex additive based on ultrafine silica and superplasticizer “Plasticite RK”, which allows to obtain modified concrete with a given set of operational properties. The problem of reducing the consumption of micro-silica and increasing its efficiency in cement concretes due to chemical activation is solved. The effect of activation of microcosm in an acidic medium (pH =2.1) enriched with oxonium H3O+ ions and h+ cations is experimentally confirmed, and in an alkaline medium(pH=10-11) enriched with hydroxyl groups of OH-anions of OH-, with the production of dimers of orthosilic acid Si(OH)4, formed during chemical dispersion of microcosm are additional centers of crystallization, which concentrate new formations around themselves, forming a stable colloidal system. It has self-reinforcing processes associated with the recrystallization of colloidal size neoplasm particles into larger ones that participate in the construction of a spatial framework, which is compacted and strengthened due to prolonged hydration, contributing to an increase in the strength characteristics of cement stone and, accordingly, concrete. The use of chemical activation of micro-silica with water treated by electrolysis and enriched with hydroxyl ions OH- with pH=10-11, introduced into the matrix of the concrete mixture, in a comparative analysis showed an increase in strength by 58.8 % in comparison with the control sample of the factory composition without the use of micro-silica as part of a complex additive.

In this research the questions of microsilica usage and ways of its activation for modification of structure of cement stone and cement on its basis. The actual questions corresponding any type of filler, particularly microsilica are: how and how much should be put, which mechanisms are involving to process of structuring, how much is received result of structure modification and others. Therefore the role of microdispersed fillers in modification process of cement rock and cement on its basis must be viewed in connection with other dimensional inclusions on different large-scale levels. Reducing of concrete consumption by its substitution by microsilica, has a positive influence to physico-chemical characteristics of concrete.

Актуальность. Основной задачей осуществления экологической политики является создание ресурсоэффективной системы размещения и утилизации промышленных отходов и вторичного сырья, в частности, при производстве строительных материалов и изделий заданных свойств. В рамках данного исследования рассмотрены вопросы, связанные с активацией микрокремнезема, являющегося отходом ферросплавного производства, и способами его применения для модифицирования структуры цементного камня, в частности для тяжелого бетона. Определены механизм процесса структурообразования, способ введения и оптимальный расход добавки для модифицирования бетонной смеси. С помощью комплексного исследования определены продукты диспергирования микрокремнезема, входящего в состав комплексного модификатора. Установлено, что процесс действия химической активации минеральных частиц изучен недостаточно, в связи с этим представленные исследования, заключающиеся в поиске решений повышения эксплуатационных характеристик за счет процесса предварительной обработки микрокремнезема щелочной средой pH=10,2 совместно с микроармирующим компонентом, являются актуальными. Цель: установить положительное действие процесса активации микрокремнезема совместно с микроармирующим компонентом на модифицирование структуры тяжелого бетона для повышения прочностных, деформативных и гидрофизических свойств. Объект: модифицированный тяжелый бетон на основе активированного микрокремнезема совместно с микроармирующим компонентом. Методы: рентгенофазовый анализ; физико-химическая активация микрокремнезема водой, обработанной методом электролиза прибором «Мелеста»; ИК-спектроскопия при помощи ИК Фурье спектрометра Varian 640-IR; испытания на трещиностойкость с помощью сервогидравлической системы ADVANTEST 9; определение марки морозостойкости в климатической камере WK3 180/40; водонепроницаемость определяли в установке УВБ-МГ4.01; водопоглощение определяли, используя электрическую цифровую печь СНОЛ. Результаты. Установлено положительное влияние активированного микрокремнезема на свойства тяжелого бетона путем уменьшения содержания вяжущего (цемента) и замены его микродисперсным наполнителем, предварительно активированным щелочной средой с pH=10,2. При этом отмечается повышение прочности на сжатие бетона в возрасте 28 суток на 20,72 МПа в сравнении с контрольным составом. Дальнейшее модифицирование комплексной добавкой (высоководоредуцирующая добавка «MasterGlenium 115» с расходом 1 % и реакционно-химическая добавка микрокремнезем марки МКУ-95 – 15 % от массы вяжущего) совместно с базальтовым волокном позволяет улучшить не только физико-механические свойства бетона, но и гидрофизические: водопоглощение – 2 %; марка по водонепроницаемости – W14; морозостойкость – F600, что дает возможность применять данный состав на практике для получения строительных изделий и конструкций с заданными характеристиками в суровых условиях эксплуатации.

No abstract

The main task of the implementation of environmental policy is to create a resource-efficient system for the placement and disposal of industrial waste and secondary raw materials, in particular, in the production of building materials and products of specified properties. Within the framework of these studies, issues related to the activation of microsilica, which is a waste of ferroalloy production, and methods of its use for modifying the structure of cement stone, in particular, for heavy concrete, are considered. The mechanism of the structure formation process, the method of introduction and the optimal consumption of the additive for modifying the concrete mixture have been determined. With the help of a comprehensive study, the products of dispersion of microsilica, which is part of the complex modifier, have been determined. It has been established that the process of the chemical activation of mineral particles has not been sufficiently studied, in this regard, the presented studies, which consist in finding solutions to increase the operational characteristics due to the process of pretreatment of microsilica with an alkaline medium pH = 10.2 together with a micro-reinforcing component, are relevant. The aim of the study is to establish the positive effect of the activation process of silica fume together with a micro-reinforcing component on the modification of the structure of heavy concrete to increase the hydrophysical properties. The object of research is a modified heavy concrete based on activated microsilica with a micro-reinforcing component. In this work, the following research methods were used: physicochemical activation of microsilica with water, treated by electrolysis with the Melesta device; determination of the frost resistance grade in the WK3 180/40 climatic chamber; water tightness was determined in the UVB-MG4.01 installation; water absorption was determined using a SNOL electric digital oven. Research results: a positive effect on the hydrophysical properties of heavy concrete was established by reducing the content of the binder (cement) and replacing it with a microdispersed filler previously activated with an alkaline medium with pH = 10.2. Further modification with a complex additive (high-water-reducing additive "MasterGlenium 115" with a consumption of 1% plus a reaction-chemical additive with microsilica grade MKU-95 - 15% of the binder mass) together with basalt fiber, improves the following characteristics: water absorption - 2%; waterproof grade - W14; frost resistance - F600, which makes it possible to apply this composition in practice to obtain building products and structures with specified characteristics in harsh operating conditions.