Технология вяжущих и композиционных материалов. Лабораторный практикум. Учебное пособие

31

разности содержащегося оксида кальция в исходном вяжущем и оставшегося в свободном состоянии после автоклавной обработки.

Пример расчета СаОсвяз.

Состав вяжущего – известь : песок = 1 : 1. Активность извести – 80%.

Активность вяжущего (Ав) – 40 %.

Содержание свободного СаО (РСаО своб) – 10 %. Количество связанного СаО (РСаО связ) определяется:

от массы вяжущего

Лабораторная работа № 6 Определение потерь при прокаливании вяжущего.

Потери при прокаливании определяются при проведении химического анализа вяжущего и позволяют найти количество связанной влаги в гидроксиде кальция (свободном) и в гидросиликатах кальция. Для этого проводят соответственно определение потерь массы сухой навески вяжущего при 500, 600 и 1000 ºС по общепринятой методике. В интервале температур до 500 ºС разлагаются гидросиликаты кальция, до 600 ºС - разлагается свободный Са(ОН)2, а при 1000 ºС – карбонаты кальция. С некоторым приближением потери при прокаливании при 500 ºС можно принять за количество связанной воды в гидросиликаты кальция при условии выполнения эксперимента на чистых реактивах и определенном составе вяжущего и режиме автоклавной обработки (указывается в программе исследования). В случае изменяющихся параметров подтверждением количества связанной воды в гидросиликаты кальция должны выступать результаты других методов исследования вяжущего (дифференциально-термический анализ).

Лабораторная работа № 7 Определение свободного кремнезема в вяжущем

В технологии автоклавных материалов, в основном, используется известково-песчаное вяжущее. По требованиям ОСТ 21-1-30 основным

32

минералом песков является кварц (более 80 %), который при нормальных условиях характеризуется низкой растворимостью. При температурах автоклавной обработки (от 175 до 200 ºС) растворимость кварца повышается, однако в процессе автоклавной обработки полное его связывание не происходит.

Кремнезем в свободном виде в песках помимо кварца может присутствовать в виде минерала опал (SiО2·nН2О), отличающегося от кварца аморфной структурой и меньшей твердостью, что повышает его химическую активность при высоких температурах. Наличие связанной влаги в таких песках вносит некоторые коррективы в химический состав вяжущего и, в частности, в химический анализ. Для устранения ошибки при определении свободного кремнезема в опоковидных песках предварительно проводится определение потерь при прокаливании песка. В последующем эти потери учитываются в расчетах.

Определение свободного кремнезема проводится химическим методом по определению нерастворимого остатка. Применяемая методика основана на сопоставлении характеристик, которые резко отличаются для извести, гидросиликатов кальция и песка. Отличия заключаются в хорошей растворимости известкового компонента и гидросиликатов кальция в соляной кислоте и низкая растворимость кремнезема, не связанного в новообразования в процессе автоклавной обработки. Другими словами нерастворимый остаток будет представлен несвязанным кварцем.

Для исследования берется навеска 1 г автоклавированного вяжущего и помещается в стакан вместимостью 500-600 мл. В стакан приливается 150 мл воды и все перемешивается. Стакан нагревают до кипения и кипятят 10 – 15 минут. Затем к смеси прибавляют 3 – 5 г хлористого натрия и 300 мл 0,5 н. соляной кислоты. Жидкость кипятят на водяной бане в течение 2 ч, прикрывая стакан часовым стеклом и не допуская сильного бурления. Затем жидкость фильтруют через неплотный фильтр и промывают осадок горячей водой до исчезновения в промывных водах ионов хлора. Осадок с фильтром переносят в тигель, озоляют и прокаливают.

Содержание нерастворимого остатка, который принимается за содержание свободного кремнезема, вычисляют по формуле:

где G1 - масса прокаленного остатка, г; G - сухая навеска, г.

При работе на чистых кварцевых песках или на химически чистом SiO2 по разности содержания кварца в исходном вяжущем и количест-

33

ва оставшегося после автоклавной обработки свободного кремнезема рассчитывают количество связанного кремнезема в вяжущем

( PSiO 2связ ). Для расчета содержание связанного кремнезема в песке

необходимо учесть наличие глинистых примесей в песке (определяется в лабораторной работе № 2) и долю песка в вяжущем.

Количество гидросиликатов кальция, образовавшихся в процессе автоклавной обработки известково-песчаного вяжущего, рассчитывается как сумма связанных оксида кальция (РСаО связ), кремнезема (РSi02

связ) и воды (РН2О связ).

Лабораторная работа № 8 Качественный анализ новообразований в известково-песчаном вяжущем

Наряду с химическим анализом по количеству свободных компонентов и количества новообразований, образовавшихся в результате физико-химических процессов в автоклаве, определяется тип гидросиликатов кальция в вяжущем. С этой целью используются рентгенофазовый и дифференциально-термический анализы [10].

Рентгенофазовый анализ вяжущих материалов является универсальным методом исследования как количественного, так и качественного состава материалов. При проведении анализа вяжущих веществ как поликристаллических тел используется метод порошка.

Сущность метода заключается в следующем. Пучок рентгеновских лучей падая на ряд параллельных атомных плоскостей кристалла под углом Q, отражается от них под тем же углом. Направление отраженных лучей определяется расстоянием между атомными плоскостями решетки и их ориентировкой, т.е. строением кристалла. Кристаллы каждого химического соединения дают специфическую, только им присущую рентгенограмму с характерными величинами межплоскостных расстояний и определенной интенсивностью соответствующих отражений [10[.

Качественный фазовый анализ проводится путем сравнения межплоскостных расстояний и их интенсивности, полученных при расшифровке данной рентгенограммы, с табличными данными. На рис. 2…4 приведены рентгенограммы и в табл. 7-8 характеристика аналитических линий минералов известково-песчаного вяжущего автоклавного твердения. Расшифровка рентгенограмм начинается с идентификации минералов сырьевых компонентов, которые обнаружены в свободном состоянии по результатам химического анализа. После обнаружения всех аналитических линий, характеризующих наличие этих

34

минералов, расшифровывают другие линии, которые могут характеризовать наличие гидросиликатов кальция различного состава либо других минералов [11,12].

Рис.2. Рентгенограммы основных минералов сырья

36

Рис.4 . Рентгенограммы гидросиликатов кальция

37

Таблица 7

Дифракционная характеристика некоторых минералов по рентгенофазовому анализу

(d – межплоскостное расстояние ,А; I – интенсивность пика)

Минералы

38

Таблица 8

Дифракционная характеристика гидросиликатов кальция по рентгенофазовому анализу

(d – межплоскостное расстояние ,А; I – интенсивность пика)

Гидросиликаты кальция

39

Дифференциально-термический анализ (ДТА) основан на изме-

нении энергии системы в процессе нагревания. Физические и химические процессы, протекающие с поглощением или выделением теплоты, на непрерывной дифференциальной кривой выражаются серией определенных эндотермических и экзотермических эффектов [10].

Для анализа пробу вяжущего предварительно обезвоживают, для чего навеску 1-2 г дробленого (до 1-3 мм) материала помещают в бюкс и заливают абсолютным этиловым спиртом, оставляют на 10±2 часа. Отделение спирта от материала производят путем фильтрования через бумажный фильтр. Для более полного обезвоживания осадок прямо на фильтре 2-3 раза промывают серным эфиром. Обезвоженный материал измельчают в ступке до порошка, проходящего через сито 008. Измельчение целесообразно проводить в специальной камере, исключая карбонизацию компонентов вяжущего. Затем от порошка отбирают навеску 0,5 г, которую помещают в корундовый тигель термографа, где он нагревается до определенной температуры. Изменение температуры материала фиксируется с помощью термопары и автоматически записывается на графике температура-время. При протекании реакций с поглощением тепла кривая отклоняется вниз (эндотермическая реакция) и выделением тепла - вверх (экзотермическая реакция).

40