Твердение композиционных вяжущих с использованием техногенных продуктов. Учебное пособие

На скорость гашения извести влияют различные добавки, вводи­мые в воду. Процесс гашения можно ускорить введением добавок ­интенсификаторов гашения NaCl, CaCl2, MgCl2 и т.д. Среди замедли­телей гашения извести известны щавелевая, серная, лимонная, фос­форная кислоты, а также некоторые соли этих кислот. Добавка гипса резко замедляет гидратацию СаО. К замедлителям следует отнести поверхностно-активные вещества.

Известно, что на скорость гидратации окиси кальция большое влияние оказывают сильные электролиты. Установлено, что электро­литы с многовалентными анионами (К2SО4, Na2SO4, K2CrO4, CaSO4) замедляют гидратацию извести, так как способствуют пленкообразо­ванию вокруг ее зерен. Электролиты с однозарядными анионами (KCl,

образования пленки, что, естественно, способствует ускорению гидра­тации.

Изменение условий гашения извести будет влиять на размер ча­стиц возникающего гидроксида кальция. Одним из основных исход­ных параметров является степень измельчения оксида кальция. Чем сильнее измельчен СаО, тем более мелкой получается Са(ОН)2. Это объясняется высокой скоростью гидратации мелких частиц, а значит, получением пересыщенного раствора, в котором образуется много мелких кристаллов.

Для подтверждения различий в дисперсности гидроксида кальция были проведены исследования вязкости известковых суспензий и пла­стичности известково-песчаных смесей, приготовленных на продуктах гашения извести с различным водоизвестковым отношением. Большей вязкостью и максимальным напряжением сдвига обладает суспензия, полученная из продуктов гидратации извести с водоизвестковым от­ношением 0,64 [20]. Эта коагуляционная структура обладает сравни­тельно низкой прочностью и ярко выраженными пластично-вязкими свойствами. При низких водоизвестковых отношениях, несмотря на достаточно высокую дисперсность полученных продуктов гидратации, количество адсорбционно-связанной воды на поверхности частиц невысокое в силу недостатка воды и незавершенности процесса гидратации оксида кальция. Рассчитанная по дифференциально­термическому анализу степень гидратации СаО составила 92,24 %. Высокая температура продуктов реакции приводит к их перегреву и рекристаллизации, в результате чего частицы получаются более ”жесткими“ и непластичными. Наличие паровоздушной среды при относительно высоких температурах наряду с увеличением дисперсности получаемой Са(ОН)2 приводит к повышению количества влаги, адсорбированной на его поверхности. Ее наибольшее количество относительно к продуктам гидратации, полученным при оптимальном водоизвестковом отношении, подтвердило высокую дисперсность Са(ОН)2. Все другие суспензии, отличающиеся по водоизвестковому отношению, имеют более низкие значения вязкости.

Седиментационный анализ известковых суспензий, приготовлен-

ных из предварительно полученных продуктов гашения извести при различных водо-известковых отношениях (В/И) показал на высокое содержание самых мелких частиц (размером до 10 мкм) при низких водоизвестковых отношениях (табл. 18). . Для этих условий характер­но резкое увеличение температуры процесса, сопровождающееся ин­тенсивным парообразованием.

чением водоизвесткового отношения полученные гидроксиды кальция

– при В/И = 1,5 в сравнении с потерями массы по реакции разложения образующегося Са(ОН)2, равными 22,44 % [19].

С повышением температуры обжига будет происходить уплотне­ние мелкодисперсной структуры МgО, ликвидируются искажения кристаллической решетки и уже при 1200 оС образуются правильно ограниченные кристаллы периклаза. Одновременно идет рост кри­сталлов. Если при низких температурах продукт обжига состоит из зерен МgО до 0,01 мкм, при 800 оС размеры кристаллов увеличивают­ся в 5 раз и при 1200 оС достигают 0,08 мкм, а при 1400 оС – 1…4 мкм, плотность кристаллов при этом увеличивается. Низкотемпературные модификации МgО имеют плотность 2,3…3,4 г/см3, при температуре спекания 1500…1600 оС плотность увеличивается до 3,58 г/см3.

При взаимодействии оксида магния с водой образуется гидроксид магния: МgО + Н2О → Мg(ОН)2 + q.

Тепловой эффект реакции гидратации МgО меньше в сравнении с гидратацией СаО и составляет 36,8 кДж/моль при получении стабиль­ной формы Мg(ОН)2 и 41,8 кДж/моль для метастабильной Мg(ОН)

2 раза. Добавка высокотемпературного МgО к кальциевой извести

м моль/л, а кристаллического – 0,16 м моль/л.

вождающееся саморассыпанием и потерей прочности при гидратации. Быстрое охлаждение стабилизирует двухкальциевый силикат в β­форме.

Состав продуктов реакции в значительной степени будет зависеть от условий протекания реакции. Ю.М. Бутт и Л.Н. Рашкович указыва­ют, что С3S при температурах ниже 80º С превращается в С2SН2 и со­ответствующее количество Са(ОН)2. При наличии щелочей и избытка воды возникают гидросиликаты типа СSН(В) – тоберморит. При тем­пературах 80-120º С конечным продуктом взаимодействия С3S с водой является С2SН(В), а при температуре 120-175º С - С2SН(А) и Са(ОН)2. При повышении температуры до 200º С в начале возникает гидросили­кат С2SН2, в последующем образуется смесь С2SН(А), С2SН(С) и С2SН2 с преобладанием одного из этих соединений в зависимости от конкретных условий твердения. Скорость реакции гидратации в усло­виях автоклавной обработки будет значительно быстрее по сравнению с гидратацией С3S в нормальных условиях. Интересным является факт, что при гидратации С3S не образуются низкоосновные гидросиликаты кальция, так как в системе присутствует избыток Са(ОН)2.

Вторым важным минералом цемента является двухкальциевый си- ликат. По данным Н.А. Торопова сущуствует пять модификаций С2S – α, α', β, β', и γ. В промышленных цементах С2S продставлен высоко­температурной β-модификацией. Низкотемпературный γ- С2S имеет слабые вяжущие свойства. Однако установлено, что γ- С2S при авто­клавной обработке является полноценным минералом.