АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Щелочносиликатные вяжущие вещества

Читайте также:
  1. В 4. Вредные вещества, их классификация, нормирование, воздействие на организм человека. ПДК. Средства и методы защиты от воздействия вредных веществ на человека.
  2. В 4. Характеристика процесса горения. Виды горения. Горючие вещества Взрывопожароопасные свойства ГВ.
  3. Вещества. Атомно-кристаллическое строение металлов
  4. Взрывчатые вещества
  5. Витамины и минеральные вещества
  6. Второй компонент межклеточного вещества соединительной ткани
  7. Высокообжиговые гипсовые вяжущие.
  8. Геохимия органического вещества пород и нефти в Беларуси
  9. Гипсовые вяжущие
  10. Гипсовые вяжущие вещества
  11. Гипсовые вяжущие вещества: сырье, производство, технические свойства, применение в строительстве.
  12. Гипсовые и ангидритовые вяжущие вещества.

Щелочные силикаты - это соли, образованные щелочными металлами и различными кремневыми кислотами с общей формулой М2О • nSiО2, где М - Na, К;величина nназывается силикатным модулем и обычно состав­ляет 2,5- 3,5 (в среднем - 3). В промышленности и строительстве исполь­зуют в основном натриевые силикаты Na2О • nSiО2в виде концентриро­ванных (40 - 50%) водных растворов, называемых жидким (растворимым) стеклом.

Жидкое стекло получают сплавлением соды и кварцевого песка при 1350-1500°:

Na23 + nSiО2 = Na2О • nSiО2 + CО2

Вместо соды иногда используют сульфат натрия, для ускорения раз­ложения которого используют уголь.

Na24 + С + nSiО2 = Na2О • nSiО2 + SО2↑ + CO↑

Продукт реакции представляет собой расплавленную массу, при охла­ждении застывающую в стеклообразное тело («силикат-глыба»). Его затем дробят и растворяют в воде при 160 - 170° в автоклаве.

Прямой синтез жидкого стекла осуществляется путем растворения аморфного (диатомит, трепел, маршалит, промышленные отходы) или кри­сталлического (тонкомолотый кварцевый песок) диоксида кремния в кон­центрированном водном растворе NaOH:

2NaOH + nSiО2= Na2О • nSiО2+ Н2О

Процесс проводят в автоклаве при температурах 120 - 170° (аморфный Si02) или 220 - 250° (кварцевый песок).

При высыхании жидкое стекло густеет, превращаясь в гель. Ускоре­нию процесса способствует воздействие его с углекислым газом. Суммарно процесс твердения жидкого стекла в тонком слое можно выразить уравне­нием:

Na2О • nSiО2 + CО2 + n • mH2О = Na23 + n(SiО2 • mН2О)

На этом основано применение жидкого стекла в качестве клея (сили­катный клей) и связующего для силикатных красок (калиевое жидкое стек­ло). Широко используется кислотоупорный цемент, состоящий из смеси измельченного кварцевого песка и фторосиликата натрия (Na2SiF6), затво­ряемого жидким стеклом.

Твердение кислотоупорного цемента основано на полном гидролизе жидкого стекла под действием ускорителя - фторосиликата натрия:

4(Na2О • 3SiО2) + 2Na2SiF6 + 7Н2О = 12NaF + 14(SiО2 • 0,5H2O)

Образуется поликремневая кислота, которая быстро переходит в гель. Процесс происходит равномерно во всем объеме цемента независимо от толщины слоя.

Гидравлические вяжущие вещества



Портландцемент

Портландский цемент, или портландцемент, - важнейшее гидравличе­ское вяжущее вещество, которое одновременно является наиболее универ­сальным и наиболее широко применяемым среди всех минеральных вяжу­щих веществ.

Основными компонентами сырьевой смеси являются известняк (ос­новной компонент – СаСО3) и глина (основной компонент - каолинит

А12О3 ∙ 2SiО2 • 2Н2О).В составе глин могут также содержаться гидроксиды и оксиды железа - Fe(OH)3, FeO(OH), Fe2О3,придающие глине желто-коричнево-красные цвета.

В процессе производства портландцемента можно выделить три ос-новне стадии: приготовление сырьевой смеси, обжиг и получение готового портландцемента.

Известняк и глину смешивают в массовом соотношении, близком к 3:1, кроме того, используются так называемые корректирующие добавки, например кварцевый песок (SiО2) и железная руда (Fe2О3 или Fe3О4).

В зависимости от способа смешения компонентов различают два спо­соба производства. Мокрый способ предполагает введение в сырьевую смесь перед ее перемешиванием воды - до 40% от массы смеси, что пре­вращает ее в суспензию сметанообразной консистенции. Сухой способ про­изводства портландцемента предполагает размол и перемешивание компо­нентов в виде сухих порошков, без добавления воды.

Обжиг сырьевой смеси производят в наклонных вращающихся печах, нагреваемых за счёт сгорания природного газа или мазута до максималь­ных температур порядка 1300 - 1450°.

Обычно различают шесть основных стадий процесса обжига:

1. Стадия удаления свободной и адсорбированной воды (100 - 250°).

2. Стадия удаления связанной воды, сопровождающаяся разложением глин (до 600 - 800°):

А12О3 • 2SiО2 • 2Н2О = А12О3 + 2SiО2 + 2H2O↑

2Fe(OH)3 = Fe2О3 + 3H2O↑

3. Стадия разложения, при 800 - 1000° - сопровождается декарбониза­цией известняка: СаСО3 = СаО + CО2↑. Оксиды кальция, кремния, алюминия и железа образуются в активной аморфной форме и сразу же начинают реагировать друг с другом (спекаться) с образованием солей.

‡агрузка...

4. При 1000 - 1300° завершаются твердофазные реакции образования солей (приведены лишь некоторые из возможных реакций):

2СаО + SiО2 = 2CaO • SiО2 (двухкальциевый силикат)

3СаО + А12О3 = 3СаО • А12О3 (трехкальциевый алюминат)

2СаО + Fe2О3 = 2CaO • Fe2О3 (двухкальциевый феррит)

Образование трехкальциевого алюмината происходит в несколько эта­пов с образованием промежуточных соединений СаО ∙ А12О3 и 2СаО ∙ А12О3. Последнее соединение полностью связывает феррит кальция:

2СаО∙А12О3+ 2CaO∙Fe2О3= 4СаО • А12О3 • Fe2О (четырехкальциевый алюмоферрит)

Образование последнего минерала возможно также при взаимодейст­вии промежуточного СаО • Fe2О3 с частью трехкальциевого алюмината:

3СаО∙А12О3+ CaO ∙ Fe2О3 = 4CaO • А12О3• Fe2О

5. Наконец, при еще более высоких температурах (1300 - 1450°) про­исходит плавление 3СаО∙А12О3 и 4СаО∙А12О3∙ Fe2О3. В присутствии рас­плава происходит взаимодействие части 2СаО • SiО2 с остающимся свобод­ным СаО: СаО + 2СаО • SiО2 = 3СаО • SiО2. При этом образуется ос­новной минерал цемента - трехкальциевый силикат.По завершении этой стадии в системе не остается свободного оксида кальция.

6. Стадия охлаждения, при которой происходит кристаллизация мине­ралов из расплава и образуется спёкшаяся масса в виде крупных кусков,

которая называется клинкером портландцемента. Образующийся клинкер на 98 - 99% состоит из четырех кристаллических минералов.

Основными минералами клинкера являются четыре кальциевые соли, названия и составы которых приведены в табл. 2.Несмотря на то что фор­мулы солей принято записывать в виде оксидов, надо понимать, что сво­бодных оксидов в составе клинкера нет.

Таблица 2-Минералогический состав портландцементного клинкера

Название Формула Содержа­ние в клинкере, %
Крат­кое   Полное   Краткая   Стехиометрическая   Общая брутто
Алит   Трехкальциевый силикат C3S   3СаО∙SiO2   Ca3SiO5   40-65  
Белит   Двухкальциевый силикат C2S   2CaO∙SiO2   Ca2Si04   15-40  
- Трехкальциевый алюминат С3А   3СаО∙ Al203   Са3А12О6   5-15
Целит   Четырехкаль- циевый алюмоферрит C4AF   4CaO∙Al203∙ Fe203   Ca4Al2Fe2O10   10-20  

 

На последней стадии производства портландцемента - стадии оконча­тельного размола клинкера - к нему добавляют в качестве замедлителя схватывания 2 - 5% гипса (CaSО4∙2H2О), получая, таким образом, готовый портландцемент. В ряде случаев в цемент вводят и другие добавки (СаС12, аморфный SiО2, ПАВ и т.д.), регулирующие скорость твердения, а также структуру и свойства цементного камня.

Портландцемент относится к медленно твердеющим вяжущим вещест­вам. При обычных условиях схватывание цементного теста наступает через 2-4 часа после затворения, а марочную прочность цементный камень на­бирает к 28 суткам твердения. Среди минералов клинкера наибольшую скорость взаимодействия с водой имеет трехкальциевый алюминат (С3А), а наименьшую - белит. Схватывание С3А начинается уже через 20-30 ми­нут, поэтому по условиям технологии изготовления изделий необходимо введение замедлителя схватывания - гипса.

В присутствии растворившегося гипса сначала происходит реакция:

3СаО∙А12О3 + 3(CaSО4∙2H2О) + 26Н2О =

= 3СаО • А12О3 • 3CaSО4 • 32Н2О (А)

Постепенно, в течение 3 - 4 ч, весь гипс вступает в реакцию, количест­во свободной воды в тесте заметно убывает, а взаимодействие между час­тицами цемента усиливается, образовавшееся вначале соединение (А) на-

чинает частично разлагаться с выделением свободного С3А. Начинается схватывание теста, которое затем переходит в собственно твердение, со­провождающееся взаимодействием минералов клинкера с водой по уравне­ниям:

3СаО • SiО2 + 3Н2О = Са(ОН)2 + 2СаО • SiО2 • 2Н2О

2СаО • SiО2 + 2Н2О = 2СаО • SiО2 • 2Н2О

3СаО • А12О3 + 6Н2О = 3СаО • А12О3 • 6Н2О

4CaO∙Al2О3∙Fe2О3 + (6+х)Н2О = 3СаО • А12О3 • 6Н2О +

+ CaO∙Fe2О3∙xH2О

Решающий вклад в суммарную прочность цементного камня вносят

продукты твердения силикатов кальция - алита и белита.


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 |


Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.013 сек.)