В практике производства материалов однокомпонентные наполнители карбонатного и кремнеземистого составов нашли достаточно широкое применение. Комплексные или двухфазные наноразмерные наполнители, состоящие из смеси кремнезема и карбоната кальция, используются значительно реже, что связано с необходимостью предварительного технологического процесса подготовки двухкомпонентной смеси. Наноразмерность делает данный процесс еще более сложным и дорогостоящим. Однако Соломатовым В.И., например, подчеркивается целесообразность применения именно бинарных наполнителей, к числу которых и относятся рассматриваемые наполнители в данной работе. Их получение происходит в результате процесса, связанного с подготовкой и переработкой сырья на предприятиях по производству дорожных материалов. Образование кластера из пылеватых кремнеземистых и карбонатных частиц происходит в результате сближения отдельных частиц пыли и их соударений в тепловом потоке. Адсорбционно-активные частицы карбоната кальция участвуют в формировании адгезионной прочности в структуре цементных композиций; кремнеземистые частицы, как более твердые, представляют собою наноразмерный наполнитель, снижающий открытую пористость.
Данное техногенное сырье представляет определенную ценность в качестве активного наполнителя в производстве бетонов и растворов общестроительного назначения. Как и все дисперсные двухфазные наполнители, рассматриваемый отход (размер частиц от 40 до 100 нм) участвует в формировании структуры и свойств цементных композиций. В процессе приготовления и формирования цементного камня кремнезем и карбонат кальция участвуют в образовании новых кристаллических соединений (гидрокарбоалюминат кальция и гидросиликат кальция). Эффективность от введения достигается за счет участия в физико-химических процессах (с возникновением избыточной поверхностной энергии), связанных с образованием адгезионной прочности в сложносоставленных цементных композициях.
Адсорбционно-связанные слои воды на поверхности твердых частиц карбоната кальция позволяют постепенно отдавать воду на физико-химические процессы, связанные с твердением цемента и формированием его прочности. Кроме того, за счет увеличения адсорбционно-связанной воды, уменьшается количество свободной воды, и тем самым существенно улучшаются структурно-реологические свойства цементного теста. Важна роль наноразмерных частиц, как центров организации кристаллической структуры наполненного вяжущего.
Известно, что упрочнение цементной матрицы достигается ее структурированием, улучшением пористой структуры и повышением однородности всех составляющих. В качестве микродисперсного наполнителя для изготовления пенобетонов возможно применение рассмотренной выше двухкомпонентной системы, обеспечивающей снижение анизотропности, высокое сопротивление цементной матрицы деформациям под нагрузкой. Частицы карбоната кальция адсорбируют воду и повышают агрегативную устойчивость пены, а частицы кремнезема заполняют крупные пустоты в структуре матрицы. Также важную роль играет наполнитель в улучшении деформационных свойств цементной матрицы под нагрузкой. При введении 2-х компонентного наполнителя полностью отсутствует объемная усадка с момента заливки пенобетона в форму и до набора марочной прочности.
Известно, что при воздействии влажности пенобетон частично теряет первоначальную прочность, поэтому замена части песка на двухкомпонентный наноразмерный наполнитель позволяет связать наиболее растворимую часть гидратированного цемента СаО в малорастворимые гидросиликаты кальция. Кроме того, присутствие высоактивного карбоната кальция способствует образованию нового кристаллического соединения – гидрокарбоалюмината кальция. Непрореагировавшая часть наполнителя будет уплотнять крупноразмерные и открытые поры, тем самым повышая устойчивость к действию влаги и воды. Еще один не менее важный фактор – повышение адгезионной прочности в структуре пенобетона.
Отметим, что на основе марочных цементов ПЦ 400-500 ДО возможно получение теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных пенобетонов классов по прочности от В 0,5 до В 2,5. По комплексу физико-механических свойств пенобетоны из разработанных составов отличаются достаточно высокой долговечностью и могут быть рекомендованы для применения. Усовершенствование структуры пенобетона и улучшение его технических свойств связано с введением в качестве наноразмерного наполнителя карбонатно-кремнеземистой смеси.