Высокопрочные ремонтные и подливочные составы на цементной основе, модифицированные нанодисперсным кремнеземом

Введение. Обоснована актуальность разработки высокопрочных ремонтных и подливочных составов на цементной основе, модифицированных нанодисперсным кремнеземом (НК), для повышения долговечности восстанавливаемых конструкций. Методы и материалы. Использован портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н и золь-гель НК с разными сроками хранения (1 сутки – 1,5 года). Кислотно-основные свойства поверхности оценены индикаторным методом, кинетика гидратации – неизотермической калориметрией. Исследованы четыре состава: контроль, НК, НК+ПК тип S, НК + ПФМ. Прочность на сжатие определяли до 28 суток. Микроструктуру и фазовый состав изучали методами РЭМ, РФА и ДТА. Результаты. Установлено, что поверхность золь-гель синтезированного НК характеризуется полифункциональным кислотно-основным спектром. Длительное хранение не приводит к деградации активности: концентрация сильных кислотных центров (pKa = –4,4) возрастает от 7,42 до 260–265 мг-экв/г, а сильных основных центров (pKa = 8,8) сохраняется на уровне 515–628 мг-экв/г. Методом неизотермической калориметрии подтверждено, что образец НК, хранившийся 1,5 года, не только сохраняет, но и интенсифицирует тепловыделение при гидратации цемента. Физико-механические испытания показали, что к 28 суткам твердения прирост прочности на сжатие составил 14,5% для состава с индивидуальным НК, 16% – для НК + ПФМ и 18% – для НК + ПК тип S по сравнению с контролем. Данные РЭМ, РФА и ДТА подтвердили, что комплексное введение НК с ПАВ способствует связыванию портландита, формированию плотной низкоосновной гидросиликатной матрицы и повышению термической стабильности материала (минимальная потеря массы при нагреве – 9% для состава с ПФМ). Обсуждение. Бифункциональная поверхность НК обеспечивает синергетический эффект: основные центры сорбируют ионы Ca²+, инициируя нуклеацию, а кислотные центры Льюиса участвуют в координации гидроксильных групп и молекул воды, активируя их. Комплексные составы НК с ПАВ улучшают распределение наночастиц и интенсифицируют пуццолановую реакцию. Заключение. Впервые доказано сохранение активности НК после 1,5 лет хранения за счет формирования бифункциональных центров. Комплексные составы НК с пластификаторами обеспечивают синергетический эффект. Разработаны ремонтные составы класса R3 (B35) и подливочные смеси для ответственных конструкций, включая ремонт коллекторов, подливку оборудования и установку анкерных болтов.