Краткое описание: Один из наших клиентов, занимающийся производством сборных элементов из UHPC, при изготовлении мостовых конструкций и сборных элементов из UHPC на протяжении длительного времени сталкивался с проблемой нестабильности прочности, вызванной колебаниями качества сырья.Благодаря внедрению микрокремнезёма MSILI UH-94 в сочетании с оптимизацией рецептуры и технологического процесса смешивания заказчику удалось улучшить однородность и плотность смеси UHPC, снизить риск колебаний прочности на сжатие через 7 и 28 дней, что позволило продукту более стабильно соответствовать проектным требованиям к прочности и обеспечило более надежное сырьевое решение для серийного производства UHPC.
Условия производства и источник разброса
Один из клиентов, занимающийся производством сборных элементов из UHPC, в основном выпускает мостовые конструкции и сборные элементы из UHPC. Данный клиент на протяжении длительного времени участвует в реализации инженерных проектов и предъявляет высокие требования к прочности на сжатие, текучести, плотности и стабильности партий продукции.
На начальном этапе производства рецептура UHPC заказчика уже обладала высокой базовой прочностью, однако в ходе непрерывных испытаний и серийного производства стабильность прочности оставалась неудовлетворительной. При одинаковой рецептуре, одинаковом соотношении «вода/вяжущее» и одинаковом режиме выдержки прочность на сжатие пробных блоков из разных партий колебалась; в некоторых партиях раннее развитие прочности происходило слишком медленно, а прочность через 28 дней с трудом удавалось стабильно удерживать в заданном диапазоне.
В результате диагностики заказчик обнаружил, что проблема заключалась не только в совместимости цемента, кварцевого песка или водоредуцирующих добавок: стабильность сырья — микрокремнезёмного порошка, уровень его активности, степень диспергирования и соответствие гранулометрического состава — становились ключевыми факторами, влияющими на стабильность прочности UHPC.
UHPC представляет собой систему с низким соотношением «вода/цемент», высоким содержанием порошковых компонентов и высокой плотностью. Согласно опубликованным исследованиям, микрокремнезёмная пудра является ключевым сырьем в UHPFRC/UHPC и влияет на такие основные характеристики, как микроструктура, реакция гидратации, самоуплотняемость, прочность на сжатие, прочность на изгиб и растяжение, а также долговечность. Таким образом, для заказчиков UHPC микрокремнезёмная пудра — это не просто наполнитель, а важный функциональный компонент, определяющий стабильность прочности и плотность системы.
Четыре причины нестабильности партий
В существующей системе UHPC заказчика наблюдались следующие основные проблемы:
1. Колебания качества сырья между партиями влияют на стабильность прочности
Обычная микрокремнезёмная пудра, ранее использовавшаяся заказчиком, имела определенные различия между партиями, что проявлялось в недостаточной стабильности содержания SiO₂, активности, степени измельчения, степени агломерации и эффективности диспергирования. Для обычного бетона такие колебания могут иметь ограниченное влияние; однако в системе UHPC из-за низкого соотношения «вода-цемент», высокого содержания порошковых материалов и строгих требований к уплотнению частиц колебания характеристик микрокремнезёмной пудры значительно усиливаются, что в конечном итоге сказывается на прочности на сжатие и состоянии раствора.
2. Недостаточная стабильность ранней прочности и прочности через 28 дней
В некоторых партиях пробные образцы заказчика демонстрировали замедленный рост ранней прочности, а прочность на сжатие через 28 дней также отличалась разбросом. Хотя в ходе отдельных испытаний удавалось достичь высоких показателей прочности, заказчика больше интересовала стабильность достижения требуемых показателей в условиях промышленного производства, а не максимальные значения, полученные в ходе отдельного испытания.
3. Недостаточная однородность раствора, влияющая на внутреннюю плотность
Предпосылкой стабильной прочности UHPC является равномерное распределение частиц внутри смеси, утончение поровой структуры и плотность в переходных зонах между фазами. Если агломераты микрокремнезема не могут эффективно диспергироваться в системе, это ослабляет эффект микронаполнения и реакцию вулканического пепла, что приводит к увеличению количества локальных слабых зон и, как следствие, влияет на стабильность прочности.
4. Необходимость постоянной корректировки рецептуры и низкая эффективность пробных смесей
Из-за недостаточной стабильности сырья заказчикам приходится часто корректировать дозировку водоредуцирующих добавок, соотношение «вода-цемент», время перемешивания и долю порошковых компонентов, что увеличивает продолжительность цикла испытательных смесей и затраты на техническую проверку. Для заказчиков сборных элементов из UHPC такая нестабильность напрямую влияет на график поставки продукции.
Почему выбрали UH-94 и как построили испытания
В ответ на основную проблему заказчика — «прочность можно повысить, но стабильность партий недостаточна» — мы рекомендуем заменить обычный микрокремнезёмный порошок на полукомпактный микрокремнезёмный порошок UH-94 в качестве основного силикатного активного материала в системе UHPC.
1. Почему стоит выбрать микрокремнезём UH-94?
Требования к микрокремнезёмной пудре в системе UHPC заключаются не только в «мелкости», но и в высоком содержании SiO₂, низком уровне примесей, стабильной активности и хорошей способности к заполнению пустот. Один из наших высокопрофессиональных клиентов, работающий в этой же сфере, использует именно продукт MSILI UH-94. Более стабильный высококремниевый активный материал обеспечивает системе UHPC более контролируемое микрозаполнение и основу для пульверитозной реакции.
2. Почему стоит выбрать полуагрегированный тип?
Заказчику требуется не только «высокая активность», но и лучшая стабильность диспергирования микрокремнезёмной пудры в системе UHPC. Открытые исследования показывают, что агломераты, образующиеся при уплотнении микрокремнезёмной пудры, можно повторно диспергировать путем оптимизации методов перемешивания, причем эффективность диспергирования зависит от добавок, состава смеси и соотношения «вода/пудра»; при высоком содержании пудры, низком соотношении «вода/пудра», использовании высокоэффективных водоредуцирующих добавок и перемешивании с высоким сдвиговым усилием агломераты микрокремнезёмной пудры можно эффективно разбивать.
Преимущество микрокремнезёмной пудры MSILI UH-94 заключается в том, что она легче распадается в системе UHPC, чем полностью уплотненная микрокремнезёмная пудра, и при этом лучше способствует поддержанию стабильности качества партий по сравнению с обычной рыхлой микрокремнезёмной пудрой. В контексте текущей проблемы клиента полууплотненный тип выбирается не просто из соображений «удобства использования», а для достижения баланса между активностью, дисперсией и стабильностью.
3. Основная идея решения
Данное решение не сводится к простой замене сырья, а представляет собой системную оптимизацию, направленную на обеспечение стабильности прочности UHPC:
- во-первых, замена обычного микрокремнезёмного порошка, характеристики которого подвержены значительным колебаниям, на микрокремнезёмный порошок MSILI UH-94
- во-вторых, поддержание доли добавки микрокремнезёмного порошка в разумных пределах, ориентируясь на стандартные для UHPC значения в диапазоне 15–25 % от массы цемента
- ; в-третьих, оптимизация последовательности сухого и мокрого смешивания для повышения эффективности диспергирования микрокремнезёмного порошка в системе
- в-четвертых, оценка стабильности рецептуры на основе показателей текучести, прочности через 7 и 28 дней, а также дисперсии прочности
- в-пятых, на основе результатов испытаний проводится точная настройка водоредуцирующего добавки и режима смешивания, а не повторные значительные корректировки основной рецептуры.
Состав, смешивание и результаты испытаний
1. Разработка эталонной рецептуры
В настоящее время заказчик использует систему, состоящую из цемента, микрокремнезёмной пудры, кварцевой пудры, кварцевого песка, воды, поликарбоксилатного водоредуцирующего агента и стального волокна, с требованием прочности не менее 120 МПа.Рекомендуемое соотношение компонентов: цемент 1, микрокремнезёмная пудра 0,25, кварцевая пудра 0,35, кварцевый песок 1,10, вода 0,25, водоредуктор 0,0012, стальное волокно — 2 % от объема смеси.
| Сырье | Ориентировочные пропорции |
|---|---|
| Цемент | 1 |
| UH-94 микрокремнезёмная пудра | 0,25 |
| Кварцевая мука | 0,35 |
| Кварцевый песок | 1,10 |
| Вода | 0,25 |
| Поликарбоксилатный водоредуктор | 0,0012 |
| Стальные волокна | 2 % от объема |
Суть данной рецептуры заключается не просто в увеличении доли силиконевой золы, а в повышении плотности смеси UHPC и снижении риска колебаний прочности за счет оптимизации гранулометрического состава микрокремнезёмной золы, цемента, кварцевой муки и кварцевого песка.
2. Оптимизация процесса смешивания
Метод приготовления UHPC заключается в следующем: сначала микрокремневую золу и кварцевый песок смешивают на низкой скорости в течение 5 минут, используя столкновения твердых частиц для разбивания агломератов микрокремневой золы; затем добавляют цемент и кварцевую муку и продолжают сухое смешивание еще 5 минут; в заключение добавляют воду и поликарбоксилатный водоредуктор, чтобы система постепенно перешла из агломерированного состояния в диспергированное суспензионное состояние; стальное волокно добавляют после формирования смеси и перемешивают на высокой скорости в течение 2 минут.
В ходе испытаний заказчик, руководствуясь этим подходом, сосредоточил внимание на двух этапах: «разбивании агломератов микрокремнезёмной пудры» и «формировании однородной суспензии», а не на слепом увеличении количества водоредуцирующего добавки. Это позволяет уменьшить разброс прочности, вызванный недостаточной дисперсией в отдельных участках.
3. Результаты испытаний на текучесть
Согласно протоколам испытаний, показатели растекания UHPFRC составили 260 мм, 260 мм и 265 мм соответственно; все эти значения относятся к вязкому UHPC с самоуплотняющимися свойствами и соответствуют требованиям. После испытаний микрокремнеземной пудры MSILI UH-94 состояние смеси стало более однородным, а текучесть легче поддерживать в стабильном диапазоне, что создало основу для стабильности прочности на последующих этапах.
4. Результаты испытаний на прочность
В условиях сушки при комнатной температуре прочность на сжатие через 7 дней составила 108,07 МПа, а через 28 дней — 139,21 МПа.
Для заказчика ценность применения микрокремнезёмного порошка MSILI UH-94 заключается не только в достижении максимальной прочности за один цикл, но и в том, что он помогает рецептуре более стабильно достигать целевого диапазона прочности.
5. Подведение итогов испытаний, проведенных заказчиком
В ходе экспериментальных испытаний, проведённых заказчиком, после добавления микрокремнезёмной пудры MSILI UH-94 система UHPC продемонстрировала следующие улучшения:
- во-первых, улучшилась однородность смеси, а дисперсия порошка стала более стабильной; во-вторых,
- уменьшились колебания показателя текучести и расплываемости, что облегчило контроль состояния смеси
- в-третьих, рост прочности через 7 дней стал более стабильным, а количество партий с низкой ранней прочностью сократилось
- в-четвертых, снизилась дисперсия прочности на сжатие через 28 дней, что облегчило стабильное достижение целевого диапазона
- в-пятых, снизилась частота корректировки рецептуры, и заказчику больше не нужно часто компенсировать колебания качества сырья путем изменения соотношения «вода-цемент» или дозировки добавок.
Передача в производство и технический разбор
1. Содержание поставки
Реализация данного проекта не сводилась к простой поставке микрокремнеземного порошка MSILI UH-94, а заключалась в предоставлении комплексных рекомендаций по подбору материалов с целью обеспечения стабильности прочности UHPC, включая:
- рекомендации по качественным показателям микрокремнезёмной пудры
- рекомендации по эталонной дозировке UHPC; рекомендации по подбору
- гранулометрического состава кварцевой пудры и кварцевого песка; рекомендации по
- последовательности сухого и мокрого смешивания; рекомендации
- по подбору водоредуцирующих добавок
- рекомендации по проверке прочности через 7 и 28 дней; рекомендации по
- отслеживанию стабильности партий.
2. Выводы по итогам анализа
Анализ показал, что суть исходной проблемы заказчика заключалась не в том, что «рецептура UHPC не позволяет добиться высокой прочности», а в том, что «колебания качества ключевых сырьевых материалов приводили к недостаточной стабильности прочности».
В системе UHPC микрокремнезем выполняет одновременно три функции:
- во-первых, в качестве сверхтонкого наполнителя, заполняющего микропоры между частицами цемента и кварцевой пудрой
- во-вторых, в качестве активного кремниевого материала, участвующего в реакции вулканического пепла и способствующего образованию геля C-S-H
- в-третьих, в качестве части системы гранулометрического состава, влияющей на реологические свойства раствора, плотность и структуру границ раздела.
Когда стабильность партии микрокремнезема недостаточна, все эти три функции нарушаются. После замены микрокремнезема MSILI UH-94 система UHPC заказчика обрела более стабильную активную основу и более контролируемое состояние дисперсии, что позволило снизить риск колебаний прочности.
3. Значение данного примера
Этот пример показывает, что при выборе микрокремнезёмной пудры для UHPC заказчику нельзя ориентироваться исключительно на цену или на один-единственный показатель содержания SiO₂. На стабильность производства действительно влияют комплексные характеристики микрокремнезёмной пудры, включая активность, степень измельчения, степень агломерации, способность к диспергированию, стабильность партий, а также степень совместимости с цементом, кварцевой пудрой, кварцевым песком и системой водоредуцирующих добавок.
Ценность микрокремнеземной пудры MSILI UH-94 заключается в том, что она помогает заказчикам перейти от «высоких лабораторных показателей» UHPC к «стабильному производству в инженерных условиях».
Выводы из проекта UHPC
Для заказчиков UHPC нестабильность прочности зачастую является не проблемой отдельного параметра, а результатом совместного воздействия сырья, гранулометрического состава, дисперсии, перемешивания и выдержки. При этом микрокремнезёмная пудра, являясь основной активной минеральной добавкой в системе UHPC, оказывает решающее влияние на стабильность прочности.
В данном случае за счет внедрения микрокремнезёмной пудры MSILI UH-94 заказчику удалось устранить проблему нестабильности прочности, вызванную колебаниями качества исходной микрокремнезёмной пудры, что позволило повысить однородность UHPC-раствора, улучшить набор прочности и обеспечить стабильность партий.
Для заказчиков, занимающихся производством мостовых элементов из UHPC, крышек, высокопрочных сборных конструкций, изделий из RPC и материалов для сборочных узлов, микрокремнезёмная пудра MSILI UH-94 может служить специализированным решением для UHPC, сочетающим в себе высокую активность, отличную диспергируемость и высокую стабильность.
