Минеральный состав клинкера

Основными минералами клинкера являются: а лит, белит, трехкальциевый алюминат и алюмоферрит кальция.

Алит ЗСаО • Si0₂ (или C₃S) — самый важный материал клинкера, определяющий быстроту твердения, прочность и другие свойства портландцемента; содержится в клинкере в количестве 45—60%.

Белит 2СаО • Si0₂ (или C₂S) — второй по важности и содержанию (20-—30%) силикатный минерал клинкера. Он медленно твердеет, но он достигает высокой прочности при длительном твердении портландцемента.

Трехкальциевый алюминат ЗСаО • А1₂О_э (или С₃А) — в клинкере содержится в количестве 4—12% — самый активный клинкерный минерал, быстро взаимодействует с водой. Является причиной сульфатной коррозии бетоНа, поэтому в суль-фатостойком портландцементе содержание С₃А ограничено 5%.

ЧетырехкаЛьциевый алюмоферрит 4СаО • А1₂0₃ • Fe₂0₃ (или C₄AF) — в клинкере содержится в количестве 10—20%. Ха

рактеризуется умеренным тепловыделением и по быстроте твердения занимает промежуточное положение между C₃S и C₂S.

Клинкерное стекло присутствует в промежуточном веществе в количестве 5—15%, оно состоит в основном из СаО, А1₂О_э, Fe₂0₃, MgO, К₂0, Na₂0.

Содержание свободных СаО и MgO не должно превышать соответственно 1% и 5%. При более высоком их содержании снижается качество цемента и может проявиться неравномерное изменение его объема при твердении, связанное с переходом СаО в Са (ОН)₂ и MgO в Mg (ОН)₂.

Щелочи (Na_zO, К₂0) входят в алюмоферритную фазу клинкера, а также присутствуют в цементе в виде сульфатов. Содержание щелочей в виде сульфатов в портландцементе ограничивается до 0,6% в случае применения заполнителя (песка, гравия), содержащего реакционно-способные опало-видные модификации двуоксида кремния, из-за опасности растрескивания бетона в конструкции.

4.2. Материалы на основе суспензий

Суспензии (от позднелат. suspensio — подвешивание) — дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой и твердой дисперсной фазой, частицы которой достаточно крупны, чтобы противостоять броуновскому движению. В отличие от высокодисперсных систем, в суспензии частицы сравнительно быстро выпадают в осадок или всплывают. Суспензии* используют в строительной технологии, производстве лакоирасочных материалов, бумаги и пр.

В основе получения суспензий лежит процесс диспергир-гования (от лат. dispergo — рассеиваю) —^: тонкого измельчения твердого тела или жидкости, в результате которого образуются дисперсные системы: порошки,. суспензии, эмульсии, аэрозоли. Диспергирование одной жидкости в другой (не смешивающейся с первой) называется эмульгированием,

диспергирование твердого тела или жидкости в газе (воздухе) — распылением.

Дисперсные системы, образования из двух или большего числа фаз (тел) с сильно развитой поверхностью раздела между ними. В дисперсных системы по крайней мере одна из фаз —- дисперсная фаза — распределена в виде мелких частиц (кристалликов, нитей, пленок или пластинок, капель, пузырьков) в другой, сплошной, фазе — дисперсионной среде. Дисперсные системы по основной характеристике — размерам частиц или (что то же самое) дисперсности (определяемой отношением общей площади межфазной поверхности к объему дисперсной фазы) — делятся на грубо (низко) дисперсные и тонко (высоко) дисперсные, или коллоидные системы. В грубодисперсных системах частицы имеют размер от 10"⁴ см и выше, в коллоидных — от 10"⁴—10~⁵ до 10~⁷ см. По агрегатному состоянию дисперсионной среды различают газодисперсные системы — аэрозоли (туманы, дымы), пыль; жидкодисперсные —; золи, суспензии, эмульсии, пены; твер-додисперсные — стеклообразные или кристаллические тела с включениями мельчайших твердых частиц, капель жидкости или пузырьков газа (см. табл. 4.2). Пыль, суспензии, лио-фобные эмульсии — грубодисперсные системы; как правило (при наличии разности плотностей), они седиментацион-но неустойчивы, т. е. их частицы оседают под действием силы тяжести или всплывают- Золи — типичные высокодисперсные коллоидные системы, частицы дисперсной фазы которых (мицеллы) участвуют в броуновском движении и потому седиментационно устойчивы. Жидкие и твердые пены, состоящие из газовых ячеек-пузырьков, разделенных тонкими прослойками непрерывной фазы, представляют особую группу структурированных ячеистых систем (см. ниже).

По интенсивности молекулярного взаимодействия фаз различают лиофильные и лиофобные дисперсные системы. В лиофильных системах молекулярное взаимодействие между фазами достаточно велико и удельная свободная поверхностная энергия (поверхностное натяжение) на межфазной гра

нице очень мала. Лиофильные системы образуются самопроизвольно (спонтанно) и имеют предельно высокую дисперсность. В лиофобных системах взаимодействие между молекулами различных фаз значительно слабее, чем в случае лиофильных систем; межфазное поверхностное натяжение велико, вследствие чего система проявляет тенденцию к самопроизвольному укрупнению частиц дисперсной фазы. Обязательное условие существования лиофобных дисперсных систем — наличие стабилизаторов, веществ, которые адсорбируются на поверхности раздела фаз и образуют защитные слои, препятствующие сближению частиц дисперсной фазы.

Дисперсные системы могут быть бесструктурными (сво-боднодисперсными) и структурированными (связнодисперс-ными). Структурированные дисперсные системы пронизаны сеткой-каркасом из соединенных между собой частиц (капель, пузырьков) дисперсной фазы, вследствие чего обладают некоторыми механическими свойствами твердых тел. Характерная особенность дисперсные систем — высокая свободная энергия как следствие сильно развитой межфазной поверхности; поэтому дисперсные системы обычно (кроме лиофильных дисперсных систем) термодинамически неустойчивы. Они обладают повышенной адсорбционной способностью, химической, а иногда и биологической активностью. Дисперсные системы — основной объект изучения коллоидной химии.

Дисперсные системы широко распространены в природе, технике и быту. Примерами дисперсных систем могут служить горные породы, грунты, почвы, дымы, облака, атмосферные* осадки, растительные и животные ткани; строительные материалы, краски, моющие средства, волокнистые изделия, важнейшие пищевые продукты и др.

Красками называют однородные суспензии пигментов в пленкообразующих веществах. Краски изготовляются на основе олиф (масляные краски), лаков (эмалевые краски), водных растворов некоторых органических полимеров (клеевые краски) и жидкого стекла (силикатные краски), водных дис-

п

* Предельно высокодисперсные системы (золи) иногда трудно классифицировать по агрегатному состоянию дисперсной фазы.

Таблица 4.2

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию фаз

Дисперсионная среда	Дисперсная фаза
	газовая	жидкая	твердая
Газовая	Дисперсные системы не образуются	Туманы	Дымы, пыль
Жидкая	Пены	Эмульсии	Суспензии
		Золи (коллоидные «растворы»)*
Твердая	Аэрогели (пористые тела)	Жидкие включения в твердых телах	Твердые золи (рубиновое стекло)

ерсий полимеров (эмульсионные краски). Тонкие слои краски образуют при высыхании непрозрачные покрытия, защи^ щающие поверхность от воздействия агрессивных агентов и придающие ей красивый внешний вид.

Основные компоненты красочных составов В качестве сырья в производстве красок и лаков применяют пленкообразующие вещества, наполнители, пластификаторы, растворители, разбавители, сиккативы, а также вспомогательные материалы (стабилизаторы, диспергаторы и т.д.).

Пленкообразующие вещества или связывающие служат для сцепления между собой частиц пигмента и создания тонкой красочной пленки, прочно адгезирующей на поверхности. Пленкообразующие вещества делятся на натуральные и синтетические. К натуральным относятся: олифа и различные натуральные смолы, к синтетическим — разнообразные полимерные материалы.

Пигменты — это сухие красящие порошки, являющиеся также наполнителями системы, не растворимы в масле и других растворителях. В зависимости от происхождения классифицируются на минеральные и органические, а по способу получения — на природные и искусственные.

Дисперсность пигмента влияет на все его основные свойства. Чем тоньше частицы и насыщение цвет, тем выше ук-рывистость и красящая способность пигмента. 234

Наполнители. В отдельные составы для снижения их цены реализации добавляют тонкоизмельченные наполнители: тальк, диатомит, молотый песок, слюда и особенно часто мел и известняки.

За рубежом расширяется применение в качестве наполнителей органических полимерных порошков: полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида и др.

Воднодисперсионные краски состоят из двух несмешива-ющихся жидкостей, в которой частицы одной — глобулы — распределены в другой, дисперсионной или внешней фазе, эмульгатора, препятствующего слипанию глобул, пигмента и специальных добавок. Вода, являясь внешней фазой, отсасывается пористым основанием подложки, на которую нанесена краска, и частично испаряется. При этом происходит обращение фаз и распадение эмульсии, глобулы сливаются и образуется гладкое покрытие.

Порошковые краски представляют собой мелкодисперсную сухую смесь, состоящую из твердых полимеров и специальных добавок. В качестве основного сырья применяют термопластичные полимеры (полиэтилен, поливинилхлорид, полиамиды) и реактопласты (эпоксидные, полиэфирные, по-лиуретановые).

Эмали представляют собой суспензию пигмента в лаке. К синтетическим эмалям относят алкидные, акриловые, перх-лорвиниловые. Алкидные эмали — суспензия пигмента в глиф-талевом, пентафталевом, алкидностирольном и других лаках.

Масляные краски изготовляют путем растирания олифы с пигментами, при растирании образуется однородная суспензия, ^.которой каждая частица пигмента или наполнителя имеет оболочку из связывающего, адсорбированного на их поверхности.

Силикатные краски — представляют собой суспензию пигментов и активных наполнителей (диатомита или трепела) в жидком стекле (К_аО • SiO_a).

Казеиновые и клеевые краски — представляют собой суспензии пигментов и наполнителей в водных или водно-ще

лочных растворах клея или казеина. Клеевые краски приготовляют с использованием синтетических клеев — на основе карбоксилметилцеллюлозы и других полимеров, а также на желтке яйца (темпера).

Масляно-смоляные лаки — это растворы модифицированных растительными маслами натуральных, а также ал-кидных смол (глифталевых, пентафталевых и др.) в органических растворителях.

Синтетические безмасляные краски в основном растворы перхлорвиниловой смолы в органических растворителях.

Битумные и асфальтовые лаки представляют собой растворы нефтяного битума или асфальта или их смеси и растительных масел в органических растворителях.

Каменноугольные лаки — это растворы каменноугольного пека в органических растворителях.

В последние годы получили широкое распространение аквалаки на основе акриловых смол (водоразбавляемые эмульсии).