книги / Силикатные и полимерсиликатные композиты каркасной структуры роликового формирования
..pdfПропитка легких и ячеистых бетонов в несколько раз повышает их прочность и долговечность, делает материал практически газо- и водоне проницаемым. Однако вследствие более высокой пористости легкого бето на возрастает расход полимера и уменьшается эффективность его исполь зования. В тяжелом бетонополимере каждый процент полимера повышает прочность бетона на 10—20 МПа (в обычном бетоне для этого потребуется около 100 кг цемента) [64, 65]. В легких бетонах большое количество сред них и крупных пор. В этих условиях система полимерной сетки в бетоне имеет на нитях большое количество утолщений, в которых полимер с точки зрения прочностных свойств используется нерационально. В результате снижается эффективность пропитки до 0,4— 4 МПа на каждый процент по лимера, поэтому обработка легких бетонов производится с поверхности на небольшую глубину.
Результаты наших исследований в области технологии изготовления бетоиополимеров могут служить основой для разработки технологии про питки изделий и конструкций существующих зданий и сооружений с целью «лечения» от биологических разрушений и повышения биологического со противления.
В последнее время становятся актуальными вопросы повышения био логической стойкости различных материалов. Обеспечение долговечной работы композитов на основе жидкого стекла невозможно без знания их работоспособности в средах, оптимизации структуры и составов материа лов различного назначения. Следует отметить, что данные о биологической стойкости жидкостекольных композитов в литературе являются малочис ленными.
Химическое закрепление грунтов растворимым стеклом начало широ ко развиваться в нашей стране с 1931 года. Существуют два способа сили катизации грунтов — двухрастворный и однорастворный [90, 194, 215]. Двухрастворный способ применим только в тех случаях, когда требуется в основном прочное закрепление и песчаные грунты имеют коэффициент фильтрации от 2 до 80 м/сут. Для случаев, когда необходимо закрепление с небольшой прочностью или устройство водонепроницаемой завесы в пес ках с коэффициентом фильтрации менее 2 м/сут, используется однорас творный способ силикатизации [194, 215]. Сущность двухрастворного спо соба заключается в том, что в песчаный грунт любой влажности через заби тую металлическую перфорированную трубу (инъектор) поочередно нагне таются растворы силиката натрия и хлористого кальция. В результате хи мической реакции между ними в порах грунта образуется гидрогель крем ниевой кислоты и грунт быстро и прочно закрепляется. Закрепленный си ликатизацией грунт обладает высокой водонепроницаемостью. Прочность закрепленного грунта не снижается при воздействии на него агрессивных вод. Однорастворный способ основан на создании гелеобразующих раство ров с малой вязкостью, которая должна сохраняться в течение всего време ни нагнетания раствора в грунт. Продолжительность нагнетания зависит от проницаемости грунта в зоне распространения раствора. Следовательно,
11
закрепляющие растворы должны обладать регулируемым временем гелеобразования. При этом за время гелеобразования принимается период между моментом окончания введения отвердителя в основной раствор и моментом перехода приготовленной смеси из жидкого состояния в гелеобразное. На время гелеобразования существенное влияние оказывают концентрация растворов силиката натрия и отвердителя, температура растворов и количе ство отвердителя. Закрепляющие растворы должны придавать грунту связ ность и некоторую прочность. В последнее время при проведении меро приятий, связанных с защитой зданий от биоповреждений, требуется разра ботка биоцидных пропиточных составов для снижения микробиологиче ской зараженности грунтов, контактирующих с фундаментами и другими конструкциями зданий и сооружений.
1.2.Структурообразование силикатных
иполимерсиликатных композиционных материалов
Обобщение закономерностей структурообразования композиционных строительных материалов различных видов на феноменологическом уровне выполнено И. А. Рыбьевым [200]. Дальнейшее развитие эта теория получи ла в работах В. И. Соломатова и его учеников [44, 45, 210, 116, 205, 206, 15], в соответствии с которой композиционные материалы представляются полисгрукхурными, т. е. составленными из нескольких структур, прорас тающих одна в другую по принципу «структура в структуре».
С позиций практической технологии в общей структуре композици онных строительных материалов достаточно различать микроструктуру, присущую связующим, и макроструктуру, характерную для композита в целом [109].
Микроструктура образуется путем совмещения связующего, отвердителей, дисперсных наполнителей и различных добавок-модификаторов. Ее свойства зависят от степени наполнения, дисперсности наполнителей, кон центрации вяжущего вещества и других факторов.
Вопросами изучения отверждения силикатных растворов кремнефто ристым натрием занимались многие отечественные и зарубежные исследо ватели, однако предложенные объяснения этих процессов весьма противо речивы [68, 78, 85, 128, 138, 170, 184, 231, 258]. Отечественные ученые П. Н. Григорьев и И. И. Сильвестрович [68], изучавшие реакции твердения кислотоупорных цементов, процесс твердения смесей объясняли тем, что выделяющийся в результате этой реакции гелеобразный кремнезем откла дывается на поверхности зерен заполнителя и, теряя влагу, уплотняется, цементируя зерна заполнителя. Дальнейшие исследования других ученых уточнили представления о взаимодействии этих веществ. И. И. Лагутиным [128] было показано, что роль кремнефтористого натрия сводится к связы ванию свободной щелочи. Бэмер и другие [258] считают, что затвердевание смесей с жидким стеклом следует рассматривать как коллоидный процесс,
12
в котором кремнефтористый натрий, углекислый газ или температура яв ляются коагулирующим агентом. В работе ГГ. А. Пшеницына [184] процес сы твердения кислотоупорных смесей объясняются тем, что щелочной си ликат всегда содержит часть свободной щелочи. Кремнефтористый натрий реагирует с NaOH с образованием устойчивой нейтральной соли фтористо го натрия, выделением кремневой кислоты, которая в свою очередь образу ет полисиликаты. При большем расходе кремнефтористого натрия наблю дается снижение прочности вследствие полного разрушения щелочного силиката с образованием конечных продуктов NaF и Si(OH)4, которые об ладают меньшей цементирующей способностью. Нилд и Эпштейн [258] также считают, что прочность композиций на жидком стекле обеспечивает ся не силикогелем, а повышением вязкости силиката натрия. М. А. Матвеев и А. И. Рабухин [138] высказали предположение, что процесс твердения смесей на основе жидкого стекла — это процесс полимеризации. М. А. Матвеев и К. А. Смирнова [138] установили, что при введении крем нефтористого натрия в количестве, в 2— 3 раза меньшем, чем требуется по реакции, коагулирует 93— 99 % всего имеющегося в системе кремнегеля. Теоретически в коллоидном состоянии должно быть только 20— 40% кремнегеля, если считать, что коагулирует только кремнегель, образую щийся по реакции. При введении ничтожно малого количества кремнефто ристого натрия (менее третьей части того количества, которое требуется по реакции) происходит коагуляция не геля кремнекислоты, а силиката натрия, находящегося в недиссоциированном состоянии; он откладывается в ка пиллярах геля, образующегося в результате коагуляции кремнекислоты. В. П. Дятлова [78] установила, что твердение смесей на жидком стекле при добавке кремнефтористого натрия объясняется не коагуляцией, а специфи ческими особенностями кремнефтористого натрия, часть которого вступает в химическое взаимодействие с раствором силиката натрия, образуя фтори стый натрий и кремнекислоту. Другая его часть входит в состав коллоидно дисперсионной системы и образует структуру, имеющую вид резиноподоб ной массы. Предположения, что кремнефтористый натрий в затвердевшем вяжущем на жидком стекле состоянии при нормальной температуре не раз лагается, подтверждаются экспериментальными данными [78].
Твердение жидкостекольных композиций происходит по сложному механизму. Выполняя роль склеивающего или связующего материала, жидкостекольная система переходит из жидкого состояния в твердое раз ными способами. Вэйл [267] разделяет их на три типа: потеря влаги испа рением при обычных температурах; потеря влаги системой с последую щим нагреванием до 100 °С; переход в твердое состояние путем введения специальных реагентов, которые называются отвердителями. Последний является наиболее часто встречающимся способом перевода жидкого стек ла в твердое состояние. Способ отличается большим разнообразием прие мов, что позволяет удовлетворять самые различные требования по кинети ке процесса — от практически мгновенного осаждения до весьма малой скорости, растягивающей процесс на сутки и более. Жидкое стекло обла
13
дает высокой реакционной способностью, и введение в жидкостекольную систему в значительных количествах тех или иных наполнителей и моди фикаторов почти всегда отражается на кинетике отверждения. Не так про сто найти вещества, которые были бы инертны по отношению к жидкому стеклу. Поэтому рецептуру той или иной системы необходимо отрабаты вать сразу по всей совокупности свойств как до отверждения, так и после него. Отверждение способом повышения модуля системы происходит при нейтрализации части или всей щелочи, содержащейся в жидком стекле. Это достигается введением кислоты, сильной или слабой, гидроили пиро солей, способных к гидролизу, различных буферных систем с pH мень шим, чем у жидкого стекла, кислых газов или газовых смесей, содержащих кислые газы, таких, как S02, С 02, НС1. Используются также органические соединения, способные вступать в реакции с ионами гидроокисла, напри мер сложные эфиры, белки, эфиры кремниевой и угольной кислот, ацета ли, полиизоцианаты [119]. Отверждение жидкого стекла способом повы шения модуля системы может происходить и при введении в него фторсиликатов щелочных металлов. К этой группе принадлежит наиболее приме няемый отвердитель жидкого стекла — кремнефтористый натрий. При взаимодействии со щелочью он не только понижает ее содержание, но и выделяет при разложении кремнекислоту, которая в твердеющей системе заметно уплотняет ее, понижая пористость. Но при введении кремнефто ристого натрия в жидкое стекло происходит коагуляция силиката и гелеобразование вокруг зерна. Поэтому данный отвердитель обычно предвари тельно смешивают с наполнителем, а затем уже с жидким стеклом.
Проведенные в последнее время структурные исследования различ ных полимерных связующих показали, что дисперсный наполнитель бла годаря стремлению уменьшить энергию своей поверхности распределяет ся в связующем неравномерно и частично сгруппирован в виде кластеров [210, 109, 212]. В результате в объеме связующего появляются зоны с равномерным распределением частиц наполнителя (или такие, где наполнитель отсутствует вообще) и зоны кластерных образований. Образование кластеров при этом происходит вследствие соударений и сближений частиц наполнителя в вяжущем при смешивании, а также теплового движения. В кластерных образованиях полимерная матрица находится в тонкопленочном упорядоченно-ориентированном состоянии, а в зонах с равномерным распределением частиц (или в таких, где наполнитель отсутствует вообще) — в объемном. Из сказанного следует, что при увеличении степени наполнения происходит своего рода фазовый переход полимера из объемного состояния в пленочное, что отражается на термодинамике и прочности композита.
Свойства микроструктуры значительно изменяются в зависимости от дисперсности наполнителя. В отвержденных композициях на границе раз дела «наполнитель — полимер» из-за разницы модулей упругости и ко эффициентов термического расширения частиц и матрицы возникают структурные напряжения, которые являются источниками трещинообра
14
зования. Однако частицы наполнителя не только играют роль инициато ров образования трещин, но и способны при определенной крупности за медлять и останавливать образование трещины [43, 109, 104, 112, 240]. Чрезмерно высокая дисперсность наполнителя нежелательна в связи с тем, что повышается его склонность к агрегированию в сухом виде. В ре зультате в композициях появляются агрегаты наполнителей, не смочен ных вяжущим, что приводит к понижению прочности. В свою очередь чрезмерное увеличение размера частиц наполнителя вызывает снижение их поверхностной энергии, что также способствует уменьшению прочно сти композитов [130]. Только при оптимальной дисперсности можно сни зить или вообще исключить роль наполнителя как источника зарождения деструкций. Прочность и долговечность микроструктуры можно повысить путем специального подбора вяжущего и наполнителей, т. е. при условии физико-химической активности наполнителя по отношению к вяжущему [132, 186].
Необходимым условием для достижения прочной адгезионной связи между вяжущим и наполнителем является хорошая смачиваемость по верхности последнего жидким связующим. Жидкое стекло обладает хо рошей адгезией к большинству материалов, что легко определяется по углу смачивания. Силикатные растворы с модулями ниже 3,5— 3,7 хоро шо смачивают все виды неорганических стекол и керамики, асбест, цел люлозу, натуральную и синтетическую шерсть, волос, нейлон, несмоли стое дерево, глины, алюмосиликатные породы, силикатные, карбонатные, фосфатные, окисные минералы. Они дают хороший контакт с железом, алюминием, цинком, свинцом и другими металлическими поверхностями, а также со стиролом и многими пластполимерами. А вот сажа, графит, жиры, воски силикатными растворами не смачиваются и действуют как разделяющие слои.
Хорошее смачивание материала обусловливает хорошую адгезию в затвердевшем состоянии. Поэтому большинство затвердевших компози ций на жидком стекле разрушаются когезионно или по смешанному меха низму. Анализ данных табл. 1.1 показывает некоторое различие прочно сти связи разных материалов [267]. Это различие, небольшое при малом времени сушки, становится весьма существенным с его возрастанием. При связывании неорганических материалов — окислов, карбонатов, кварца, силикатов, алюмосиликатов — разнообразие физико механических характеристик еще более заметно и свидетельствует о не совсем инертном характере связываемого материала. Слой связывающего стекла из-за участия в нем атомов или группировок связываемого мате риала часто оказывается неоднородным по толщине. Время твердения, т. е. время значительной потери подвижности отдельных элементов взаи модействующей системы, нередко слишком мало по сравнению с време нем протекания межфазной реакции между жидким стеклом и связывае мым материалом. Поэтому оказывается, что толстый слой связки менее прочен, чем тонкий.
15
в
}
2,45
2,9
3.0
Таблица 1.1
Прочность склеивания (МПа) жидким стеклом различных поверхностей [267]
Вид |
1 |
|
I |
I |
|
|
|
|
|
|
СтеклоI I |
I |
|
|
! 1 |
1 |
1 |
I |
1 |
1 |
! |
! |
1 |
! |
|||
Рас |
1 |
|
|
|
|
|
1 4 |
1 |
|||||
17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тяже |
1,4 |
1,4 |
1,4 |
2,0 |
1,4 |
1,4 |
|
1,4 |
~ |
2,0 |
1,4 |
- |
|
ние |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сдвиг |
17 |
1,4 |
1,4 |
1,4 |
1,4 |
1,4 |
1,4 |
|
- |
- |
- |
- |
2,7 |
Рас- |
17 |
3,5 |
3,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,5 |
4,1 |
3,5 |
2,7 |
3,5 |
- |
6,9 |
3,5 |
- |
||||
Сдвиг |
17 |
2,7 |
3,5 |
2,7 |
3,5 |
2,7 |
2,7 |
2,7 |
- |
- |
- |
3,5 |
|
Рас- |
26 |
6,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8,3 |
7,6 |
6,9 |
9,7 |
6,2 |
|
6,2 |
4,8 |
4,1 |
5,5 |
- |
Сдвиг 26 4,1 5,5 4,1 7,6 6,2 3,5 2,7 |
- |
- |
- |
4,8 |
Рас
тяже 26 9,0 9,0 7,6 9,7 10,4 4,8 6,9 - 4,1 5,5 - 3,3 ние
Сдвиг 26 5,5 6,2 5,5 6,9 8,3 4,8 4,8 - |
- |
- |
2,7 |
В процессе твердения происходит уплотнение силикатных и полимерсиликатных систем. Под уплотнением композитов на основе жидкого стекла понимается способность силикатного материала препятствовать проника нию через них электролитов, особенно кислых. Механизм уплотнения таких композиций рассматривается исходя из современных представлений о твер дении силикатных систем на основе растворимых щелочных силикатов (гидролиз — образование гидрозоля — гелеобразование) [68,128,140,175].
Необходимо отметить, что принятая схема содержит положения, кото рые противоречат некоторым классическим физико-химическим процессам превращения соединений. В частности, недостаточно убедительно тракту-
16
ется механизм действия кремнефторидов щелочных металлов, являющихся катализаторами, которые практически не диссоциируют в растворе жидкого стекла. Следовательно, сомнительно образование и фторидов. Можно ви деть некоторые противоречия и в механизме растворения силикатов щелоч ных металлов [85, 140]. Однако, несмотря на это, многие положения рас сматриваемого далее механизма уплотнения композиций на основе жидкого стекла, в частности с добавками фурилового спирта или фурфурола, доста точно достоверно согласуются с основами процесса твердения силикатных систем [58, 119, 134, 248].
Жидкостекольные композиции, как известно, являются гетерогенными системами до и после отверждения [119, 170]. Гетерогенность (наличие различных фаз) придает таким системам малую устойчивость. Обладая большим запасом свободной поверхностной энергии, силикатная система в соответствии со вторым законом термодинамики самопроизвольно отдает часть свободной энергии, совершая при этом работу по сжатию системы. При этом уменьшается суммарная поверхность дисперсной фазы, и система переходит в более устойчивую форму. Как известно, наиболее устойчива система с выпавшим осадком дисперсной фазы. Процессу выпадения осад ка предшествует процесс образования студня (геля) и агрегации.
С энергетической точки зрения самопроизвольный (или под воздейст вием коагулянтов) процесс агрегации коллоидных систем выгоден, так как устанавливается равновесие за счет запаса энергии свободной поверхности [53, 199]. При этом система сжимается, выдавливая растворитель — веще ство, являющееся носителем большого запаса поверхностной энергии. Про цессы, связанные с обжатием и выдавливанием растворителя, приводят к образованию микро- и макродефектов в твердеющих силикатных системах. Отсюда разрыхленность и пористость структуры.
Для уменьшения количества дефектов в структуре искусственного си ликатного камня необходимо по возможности ограничить процесс синерезиса; гидрофобизовать систему; закрыть сквозные поры; связать излишки воды. Из первого условия вытекает как следствие снижение внутренних напряжений. При этом очевидно, что ограничение синерезиса (агрегация дисперсной фазы) приведет к снижению физической прочности за счет уменьшения числа связей между частицами. С другой стороны, структурная прочность может повыситься в связи с устранением большого числа микро-
имакродефектов в системе [69].
Вполимерсиликатных системах процесс твердения качественно, ви димо, не отличается от процесса твердения чистых силикатных систем «гель — агрегация дисперсной фазы — уплотнение геля» с возможной пе рекристаллизацией S i0 2. Однако количественная характеристика отдель ных этапов процесса превращения силикагеля, очевидно, будет значитель но изменяться, если в силикатную систему вводить фуриловый спирт, фурфурол или смесь фурилового спирта с фурфуролом [1, 2]. Добавка фу рилового спирта или фурфурола практически не меняет скорости образо вания геля в полимерсиликатной системе. Это можно проследить по ско-
2 Заказ687 |
17 |
роста студнеобразования в силикатных и полимерсиликатных композици ях. Однако концентрация геля и скорость его образования в системах с добавками фурилового спирта или фурфурола намного меньше, чем у чис тых силикатных систем [134, 248]. Полимерная добавка, обволакивая час тицы геля, препятствует их сближению (агрегации). Поэтому сжатие сис темы, а следовательно, и выдавливание воды из геля ограничиваются. При этом усадка композиции значительно уменьшается. Полимерная добавка берется в количестве 3—5 % от массы жидкого стекла [1]. Этого количест ва добавки не хватает на полное обволакивание частиц геля. Следователь но, процесс агрегации все же продолжается, но уже не столь активно. Схе ма защитного действия позволяет предположить, что с увеличением коли чества полимерной добавки можно получить систему, которая не будет коагулировать, а следовательно, и твердеть. Экспериментально (хотя и косвенно) это подтверждено. Например, при изменении содержания поли мерной добавки изменяются как усадка, так и прочность полимерсиликатной композиции. При этом прочность композиции, в которую введено до 10 % полимерной добавки, может быть выше, чем состава без ее ключей ия. Однако дальнейшее увеличение количества полимерной добавки сопрово ждается уже снижением прочности полимерсиликатной композиции [233]. Усадка полимерсиликатов примерно в 2 раза меньше усадки аналогичных силикатных систем. Следовательно, около 70 % имеющихся пор в жидко стекольных композициях уплотняются благодаря защитному действию полимерной добавки, препятствующей чрезмерному обжатию кремнегеля. Расчет показывает, что если полимерная добавка обладает свойствами строго ориентированной сорбции, а ее гидрофобный радикал может осмоляться от воздействия кислот, то 3—5 % такой добавки достаточно, чтобы сделать композицию кислотонепроницаемой [231].
При отработке рецептур силикатных красок время протекания меж фазной реакции между твердыми компонентами и жидким стеклом опре деляет живучесть краски. Различные компоненты, используемые в крас ках, разделяют по их активности в отношении жидкого стекла на ряд групп [119].
Пассивные компоненты: слюда, титановые белила, кобальтовые и кадмиевые окисные пигменты, полевой и тяжелый шпат, кирпич. Их ионы не переходят в раствор силиката, и затвердевшая пленка жидкого стекла оказывается водорастворимой и с соответствующей прочностью.
Компоненты пониженной активности: мел, мраморная мука, тальк, волластонит, окись хрома, двуокись марганца, сурик железный, черный железоокисный пигмент, отожженные окись магния и окись алюминия, различные алюмосиликатные породы, кварцевый песок.
Активные компоненты: окись цинка, карбонаты магния, доломит, охра глинистая, брусит, мука из битого стекла, бронзовые и алюминиевые пудры, цинковые пыли. Эти вещества в короткий срок при хорошем из мельчении обеспечивают переход жидкого стекла в твердое водонераство римое состояние.
Высокоактивные компоненты: известь, компоненты портландце мента, неотожженная окись магния, свинцовый сурик, свинцовые белила, фторсиликаты.
Эта градация приближенная. Активность большинства окислов и кар бонатов зависит от их происхождения. Как почти во всех гетерогенных реакциях, где твердое вещество реагирует с жидкой фазой, химический состав твердой фазы еще не указывает на кинетику процесса.
При совмещении связующих и заполнителей образуется макрострук тура [227]. Закономерности этого процесса определяются объемными до лями связующих и заполнителей, упаковкой последних, соотношением прочностных и деформативных характеристик связующих и заполните лей, а также интенсивностью взаимодействия в контакте «связующее — заполнитель». В том случае, когда зерна заполнителя касаются друг друга, уменьшение пустотности, а следовательно, и сокращение расхода матри цы в объеме материала возможно лишь за счет размещения в пустотах зерен меньших размеров, т. е. предыдущих фракций. Поэтому для полу чения более плотной макроструктуры необходимо применять прерыви стую гранулометрию заполнителей, что способствует заметному увеличе нию прочности. Практический эффект упрочнения реализуется в смесях с 4— 5 фракциями. При увеличении их количества требуемое распределение зерен заполнителя в плотных смесях затруднительно и прочность умень шается [109].
Свойства изготовленных бетонов (макроструктуры) можно изменить, если поры и капилляры заполнить другим веществом. Для этого готовые бетонные изделия или конструкции подвергают пропитке специальными составами. Для этого используют самые различные вещества и материалы [29, 72, 171]. Если необходимо только закрыть доступ внутрь бетона воде и агрессивным жидкостям и газам, то используют материалы типа петро латума, разбавленные смолы, немодифицированный битум, серу. Многие из этих материалов не требуют последующей обработки, и изделие оказы вается готовым к употреблению непосредственно или вскоре после обра ботки.
Глубина пропитки зависит от свойств пропитывающего состава, в частности от его вязкости и угла смачивания им бетона [27, 28, 64]. Вяз кие вещества пропитывают бетон на глубину 1— 3 см. Жидкие мономе ры за сравнительно короткое время могут пропитать материал на глуби ну 10— 20 см. Чем глубже пропитка, тем больше времени требуется на ее осуществление. Количество мономера, необходимое для пропитки бетона, зависит от пористости последнего. Для полной пропитки плот ного бетона его требуется 2— 5 % по массе (4— 10 % по объему), а для раствора — на 30— 70 % больше, чем для бетона. Легкие пористые бето ны могут впитать до 30— 60 % мономера. В результате обработки дости гается увеличение долговечности и непроницаемости бетона, т. е. полу чение новых материалов, по характеристикам значительно превосходя
щих свойства бетона. |
Такие материалы, всесторонне исследованные |
2* |
19 |
профессором Ю. М. Баженовым и его учениками, называются бетонополимерами [27, 28,29, 64]. Их свойства зависят как от свойств бетона, так и от технологии обработки.
Сочетание в композиционных материалах различных вяжущих менее трудоемко достигается в каркасных бетонах, в которых для получения каркасов и матричных составляющих можно выбирать даже несовмести мые по природе вяжущие [83].
1.3.Составы и свойства композитов на основе
жидкого стекла
Композиционные материалы на основе жидкого стекла состоят из вя жущего, в качестве которого используются растворимые стекла, отвердителя, наполнителя, заполнителя и различных добавок [170, 183,231].
Растворимые стекла (растворимые силикаты натрия и калия) представ ляют собой вещества в стеклообразном состоянии, характеризующиеся оп ределенным содержанием и соотношением оксидов — М20 и S i0 2, где М — это Na или К, а мольное соотношение Si02/ М20 составляет 2,6— 3,5 при содержании оксида кремния 69—76% для натриевого стекла и 65—69 % — для калиевого [119].
Отечественной промышленностью выпускаются в основном натриевые жидкие стекла, в меньших масштабах производятся калиевые, а литиевые и жидкие стекла на основе четвертичного аммония выпускаются в виде от дельных опытных партий. Это объясняется большей доступностью сырья и дешевизной при приемлемом уровне некоторых технических свойств на триевого стекла, например величины адгезии к различным подложкам.
Номенклатура промышленных жидких стекол, выпускаемых за рубе жом, например в США, отличается от отечественной большим диапазоном составов и значений силикатного модуля, особенно в области низкомодуль ных стекол с силикатным модулем ниже 2,4, а также существованием про мышленного производства жидких стекол на основе четвертичного аммо ния, безводных и гидратированных порошков щелочных силикатов [119].
Жидкое стекло принято характеризовать по виду щелочного катиона (натриевые, калиевые, литиевые, четвертичного аммония); по массовому или мольному соотношению в стекле оксидов кремния и соответствующего металла (натрия, калия или лития), причем мольное соотношение Si02 / М20 принято считать модулем жидкого стекла п; по абсолютному содержанию в жидком стекле Si02 и М20 %; по содержанию примесных оксидов А120 3, Fe20 3, CaO, MgO, SO3 и др.; по плотности растворов жидко го стекла. Натриевые жидкие стекла обычно выпускают в пределах значе ний силикатного модуля от 2,0 до 3,5 при плотности растворов от 1,3 до 1,6 г/см3. Калиевые жидкие стекла характеризуются значениями силикатно го модуля 2,8— 4,0 при плотности 1,25— 1,40 г/см3.
20