метакаолін
Високоактивний метакаолін (ВМК) – це штучно виготовлена пуццоланова добавка, що має найвищу активність серед наявних на ринку активних мінеральних добавок.
Зокрема, метакаолін здатний пов'язати вапна приблизно в 2,5 рази більше, ніж мікрокремнезем (МК), що широко застосовується в будіндустрії.
Основною відмінністю метакаоліну від мікрокремнезему є його хімічна природа. На відміну від МК, метакаолін є сумішшю активного кремнезему та глинозему майже в рівних пропорціях, тобто є не силікатним, а алюмосилікатним пуццоланом.
До речі, спочатку, пуццолана - та сама, що дала назву сучасним активним мінеральним добавкам і застосовувалася древніми римлянами ще до нашої ери, що дозволила їм зводити будівлі, що збереглися крізь тисячоліття до нашого часу, являла собою саме алюмосилікатний вулканічний матеріал.
Отже, метакаолін поряд з мікрокремнезем є високоактивною пуццолановою добавкою в бетони та розчини. У цьому його характеризує низку особливостей. Розглянемо їх коротко.
Метакаолін є термічно обробленим каоліном. При цьому він успадковує від каоліну багато його корисних фізичних властивостей, зокрема:
Метакаолін має світлий колір (зазвичай від білого до кремового). Ця властивість робить метакаолін практично безальтернативним матеріалом для модифікації складів на основі білих та кольорових цементів з метою підвищення їх атмосферостійкості, водонепроникності та, як наслідок, довговічності.
За своєю формою метакаолін є пластинчастими частинками середнього розміру порядку 1-2 мікрон. Ці частинки приблизно на порядок дрібніші за частинки портландцементу, чудово добудовуючи його гранулометрію.
Тому,введення метакаоліну в цементні бетони дозволяє:
Підвищити пластичність і зручність бетонних сумішей.
Полегшити обробку бетонних поверхонь методами затирання та загладжування, завдяки відсутності липкості бетону до інструменту та гарної тиксотропії.
Істотно знизити витрату суперпластифікаторів, необхідних для компенсації ефекту, що загущає, при введенні тонкодисперсної добавки до цементу. Зокрема, при раціональному підборі дозування метакаоліну і пластифікатора, зручноукладальність бетону з метакаоліном може виявитися навіть вищою за зручність бетону того ж складу з тією ж кількістю пластифікатора, але без метакаоліну.
У частині економії цементу, що є особливо насущним останнім часом у зв'язку з його різким подорожчанням, метакаолін виявляє синергетичні властивості з пластифікаторами.
Нижче наведено графік, що показує рівнорухливі бетонні суміші з рівним водов'язким ставленням (тобто практично рівноміцні).
Безперервні криві показують, яку економію бездодаткового цементу дозволяють забезпечити пластифікатори при різних дозах. На графіках показано ефективність нафталінсульфонатформальдегідного суперпластифікатора «С-3» (Україна) та полікарбоксилатного гіперпластифікатора FOX-8H (Китай-Канада).
Пунктирні лінії показують ефективність пластифікаторів у суміші, у якій 10% ПЦ заміщено метакаоліном.
Дані графіка чітко показують, що заміщення частини цементу метакаолін дозволяє істотно знизити кількість пластифікатора, необхідне для досягнення заданого рівня економії в'яжучого, або забезпечує велику економію в'яжучого при тій же дозуванні пластифікатора.
Якщо розглянути ці дані з економічної точки зору, то очевидно, щопоєднання ВМК та високоефективного полікарбоксилатного гіперпластифікатора забезпечує підвищення якості бетону при одночасному зниженні його собівартості.
При цьому покращуються такі властивості бетону, як:
його непроникність, хімічну стійкість – за рахунок введення пуцоланової добавки;
знижуються усадочні деформації, повзучість під навантаженням і підвищується тріщиностійкість - за рахунок зниження кількості в'яжучого.
Тут слід зробити застереження. Ефективність різних пластифікаторів у сумішах, що містять метакаолін, різна. Зокрема, нафталінсульфонатні суперпластифікатори (широко відомий С-3) значно знижують свою ефективність у присутності ВМК. У той же час, інші види пластифікаторів, зокрема, лігносульфонатні, меламіноформальдегідні та полікарбоксилатні, показують високу пластифікуючу здатність на складах із застосуванням метакаоліну.
Глинозем здатний зв'язувати в кілька разів більше вапна порівняно з кремнеземом, що і обумовлює більш високу пуцоланічну активність метакаоліну в порівнянні з МК.
Крім зв'язування лужноземельних металів (гідроокис кальцію і магнію), метакаолін здатний надійно зв'язувати і луги, що містяться в портландцементі, або потрапляють в бетон з добавками (зокрема, протиморозними) або ззовні (наприклад, антиобмерзаючі склади). Це забезпечує надійний захист бетонних конструкцій від таких проблем, як силікатно-лужна реакція, а також виділення лугів на поверхні виробів у вигляді висолів, що погіршують зовнішній вигляд виробів та конструкцій.
Метакаолін є основним компонентом нового типу в'яжучих речовин під назвою «геополімери». Ці нові екологічно чисті в'яжучі, мають цілий комплекс унікальних властивостей,таких як: висока міцність та стійкість у різних середовищах, висока непроникність навіть для радіонуклідів, чудова адгезія до різних матеріалів, чудова термостійкість. Механізм дії цих в'яжучих грунтується на здатності силікату алюмінію вступати в хімічну взаємодію з лугами і лужними силікатами. Задовго до появи гарного терміну «геополімери», в Україні такі склади називали «лужно активовані алюмосилікати».
Алюмінатна складова метакаоліну здатна активно взаємодіяти з гіпсом, що міститься в портландцементі, або спеціально додається до цементних складів. Контрольоване утворення еттрингіту на ранніх етапах твердіння бетонів і розчинів дозволяє істотно знижувати усадкові деформації і навіть отримувати безусадкові склади, що розширюються.
Області застосування метакаоліну:
Перераховані вище особливості метакаоліну визначають такі основні сфери його застосування.
Важкі бетони, у тому числі, високоміцні та самоущільнювальні.
Зниження дозування цементу під час виробництва бетонів завжди було цільовою функцією завдання оптимізації складу бетонної суміші. Це важливо як з економічної точки зору, що особливо актуально останнім часом, у зв'язку з інтенсивним зростанням цін на цемент, так і з точки зору підвищення характеристик бетонів, зокрема, зниження їхньої повзучості та усадкових деформацій.
У поєднанні із застосуванням високоефективних пластифікаторів, метакаолін дозволяє суттєво знизити кількість цементу в рецептурах бетонів, особливо у бетонах з підвищеними вимогами до водонепроникності та морозостійкості. Досвід показує, що при дозуванні 2% до ПЦ метакаолін значно підвищує водонепроникність одержуваних складів.
ПриЦьому, в рецептурах високоміцних бетонів, зниження необхідної кількості метакаоліну і суперпластифікаторів у порівнянні зі складами, що містять МК, веде до додаткового зниження собівартості рецептур. Звичайне дозування ВМК – 3-5% до ПЦ.
Підвищення ранньої та кінцевої міцності та непроникності
Підвищення седиментаційної стійкості
Поліпшення пластичності та перекачування
Легкі бетони, у тому числі, пористі бетони зниженої щільності
Введення метакаоліну в рецептури пористої суміші дозволяє підвищити міцність пористих бетонів при заданій щільності, або знизити щільність при заданій міцності.
Це зумовлено двома факторами:
Поліпшення структури піни за рахунок вмісту тонкодисперсних пластинчастих частинок.
Підвищити міцність міжпорових перегородок за рахунок підвищення міцності цементного каменю.
Є позитивний досвід застосування метакаоліну та в автоклавних пористих бетонах. У цьому випадку застосування ВМК дозволяє стабілізувати терміни схоплювання газобетону, дозволяючи полегшити вибір часу різання моноліту на блоки за допомогою струни.
Склади на основі ГЦПВ(штукатурні склади, рівнячі для підлоги)
Для надійного запобігання неконтрольованого утворення еттрингіту в ГЦПВ складах, достатньо введення 10% метакаоліну до портландцементу, що міститься в ГЦПВ. Це призводить до дозування ВМК лише в кількості 1-2% до всієї рецептури складу. Такі низькі дози метакаоліну у поєднанні зі зниженням необхідної кількості суперпластифікатора забезпечують хороший економічний ефект у ГЦПВ рецептурах.
У рецептурах сумішей, що самовирівнюються, метакаолін істотно покращує стійкість суміші до розшарування, підвищуючи, тим самим її якість. Це так само вірно ідля цементних сумішей, що самовирівнюються.
Цементно-вапняні штукатурки дуже популярні завдяки високій пластичності та технологічності. Заміна частини вапна (до 50%) у цих складах на метакаолін дозволяє підвищити міцність та атмосферостійкість цих штукатурок без погіршення їхньої технологічності.
При цьому одержувані штукатурні склади мають підвищені захисні властивості до нижчих шарів, водонепроникні і стійкі до висолоутворення. Це дозволяє формулювати високоефективні мінеральні декоративні штукатурки, в тому числі, на основі білого цементу.
Інші цементні склади
Висока ефективність метакаоліну у поєднанні з високою технологічністю одержуваних з його застосуванням складів, роблять метакаолін чудовим модифікатором для матеріалів, поверхня яких обробляється методами затирання та загладжування, зокрема, ремонтних складів для бетону та матеріалів для влаштування бетонних покриттів підлог (зміцнювачів), у затиральних складах. для міжплиткових швів та ін.
Матеріали на інших видах в'яжучих
Метакаолін виявляє воістину приголомшливу універсальність, і дозволяє значно підвищувати водостійкість матеріалів на інших видах в'яжучих, зокрема:
На основі магнезіального в'яжучого - метакаолін дозволяє не тільки підвищити водостійкість цього в'яжучого, але й частково вирішити проблему нестабільності складу застосовуваної сировини, пов'язуючи вапно, луги і гідроксид магнію, що містяться в ньому, що утворюється при повільній гідратації «перепаленого» магнезиту.
На основі силікатних зв'язок – згадаємо ті самі «геополімери». метакаолін здатний реагувати із лужними силікатами з утворенням водостійких сполук.
У термоізоляційних складах на основі ВГЦ, метакаолін.дозволяє підвищити термостійкість складів (залишкову міцність після прожарювання).
Досвід застосування метакаоліну нашими клієнтами не завжди був позитивним. Іноді клієнти скаржаться на те, що їм не вдається отримати очікувані результати від своїх складів.
Аналіз невдалих дослідів застосування метакаоліну дозволив нам зробити такі висновки:
Так само як і МК, ВМК, будучи тонкодисперсним порошком, схильний до флокуляції, вимагає обов'язкового введення в рецептуру ефективного диспергатора (пластифікатора), а також застосування методів перемішування, що забезпечують рівномірний розподіл ВМК у суміші та його диспергування.
Незважаючи на багато рекомендацій зарубіжних виробників вводити метакаолін у дозах до 20%, наш досвід показав, що для цього продукту вираз «Кашу олією не зіпсуєш» навряд чи вірно. Тобто передозування ВМК може позначитися на зниженні міцності бетону (розчину), що може пояснюватися двома факторами:
При нестачі вапна та інших матеріалів у бетоні (розчині), з якими міг би прореагувати ВМК, він стає інертним наповнювачем, який лише знижує міцність складів.
Високі дози ВМК істотно змінюють гранулометрію всього складу. Надлишок тонкодисперсної фракції так само негативно позначається на структурі бетонів і розчинів, і здатний знизити їх характеристики міцності.