 |
Вследствие высокой химической активности b-C2S и С2S и наличия большого числа адсорбционных центров на поверхности частиц портландцемента реакция образования радикалов 
и 
, а также ионов Н+ и ОН–, будет преобладать и обратная связь, которая будет выражена сильнее. Минерал алит содержит СаО в избытке, поэтому при взаимодействии его с водой в первую очередь разрушается сильно искаженный деформированный мотив СаО6. Мотив разрушается, частично переходит в жидкую фазу в виде Са(ОН)2 и остается в затвердевшем цементном камне в качестве наполнителя. Химически и энергетически неоднородная поверхность минералов алита и белита усиливается адсорбцией на поверхности частиц молекул и ионов добавок. Энергетическая неоднородность поверхности частиц минералов, диссоциация молекул воды на радикалы и взаимодействие их на адсорбционных активных центрах поверхности приводит к возникновению активных локальных концентрационных неоднородностей или возмущений. Конкуренция между диффузией, стремящейся поддержать однородность состава, и пространственной локаоизацией возмущений структуры приводит к неустойчивости однородного состояния и к переходу его в устойчивое состояние с пространственно-неоднородным распределением компонентов CaO, SiO2, H2O и других компонентов портландцемента. В условиях сильной активации частиц минералов под действием радикалов и пространственно-неоднородное распределение компонентов является единственным способом сохранения деформированной частично разрушенной кристаллической решетки минералов алита и белита. Именно поэтому при взаимодействии минералов с водой образуются твердые растворы с различными областями гомогенности со статистически распределением СаО и Н2О.
Схватывание портландцемента есть взаимодействие радикальных частиц минералов, образовавшихся при взаимодействии их с радикалами и . Примесные ионы, в том числе и ионы K+ и Na+, при взаимодействии минералов с водой переходят в жидкую фазу, образуя вакансии в их структуре. Это также повышает неустойчивость кристаллических решеток минералов. Диффузия в твердой фазе протекает медленно. На этот процесс накладывается мощный в энергетическом плане процесс диссоциации воды на радикалы. В таких условиях возможны перемещения атомов кремния, кислорода, кальция только на одно межатомное расстояние, поскольку между ними наблюдается большое химическое сродство. Гидросиликаты кальция образуются в недрах сильно деформированных кристаллических решеток алита и белита в результате только перестройки их решеток без их полного разрушения под действием молекул воды и радикалов и в результате слабого неполновалентного взаимодействия. Твердые растворы ГСК устойчивы по отношению к активным частицам и , и их неоднородная структура обуславливается спинодальным бездиффузионным распадом на метастабильные для данных условий фазы, в разной степени обогащенные СаО и Н2О.
Известно, что гидратация портландцемента носит колебательный характер. Портландцемент ведет себя при взаимодействии с водой как самоорганизующаяся динамическая система. Динамика портландцемента как самоорганизующейся системы (закономерность взаимодействия с водой, сроки схватывания) определяется исключительно минералогическим и гранулометрическим составом, а также структурой и состоянием воды. Поэтому динамические свойства портландцементов могут изменяться. На процессы схватывания и твердения накладывается множество технологических факторов и, прежде всего, водоцементное отношение, активность цемента, технология бетонных работ, природа и концентрация добавок и другие факторы.
Водоцементное отношение определяет не только раздвижку зерен цемента, но и соотношение между концентрацией радикалов и и ионов Н+ и ОН–. Водоцементное отношение должно быть таким, чтобы концентрация ионов Н+, которые разрыхляют структуру, не превышала концентрацию свободных атомов водорода и свободных радикалов , которые делают поверхность частиц радикальными и обуславливают процесс схватывания. Такое соотношение активных частиц наблюдается при оптимальном водоцементном отношении, равном 0,26…0,27. При этих значениях В/Ц расстояние между радикальными частицами вяжущих веществ сокращается практически до межатомных расстояний. Технологические факторы должны быть такими, чтобы обеспечить максимально интенсивное протекание необратимой экзотермической реакции диссоциации молекул воды на активные радикалы.
УДК 691.2.002.8:541.8
В., канд. техн. наук, доцент, Г., канд. хим. наук, доцент,
Г., канд. хим. наук, доцент
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
ВЛИЯНИЕ ЩЕЛОЧНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ АКТИВНОГО АЛЮМОСИЛИКАТНОГО
СЫРЬЯ НА ПРОЧНОСТЬ ИЗВЕСТЬСОДЕРЖАЩИХ СИСТЕМ ТВЕРДЕНИЯ
Изучая проблему устойчивости известьсодержащих систем твердения на основе кислых активных силикатных и алюмосиликатных сырьевых материалов (перлиты, обсидианы, туфы, вулканические пеплы, трепел, глиниты, глиежы, отходы строительной керамики, бой оконного стекла, кислые шлаки, золы и др.), в которых активную структурообразующую роль играет силикатная и алюминатная составляющие, было установлена, что в таких сложных многокомпонентных системах число факторов, воздействующих на процессы структурообразования, очень велико /1, 2, 3/. При этом они налагаются друг на друга и выделить какой-либо из них очень сложно. Все факторы, воздействующие на процессы структурообразования, можно подразделить на внутренние, обусловленные природой образования компонентов системы (химический, фазовый, минералогический состав, состояние поверхности, условия образования и др.) и внешние, воздействующие на многокомпонентную систему в процессе твердения (дисперсность компонентов, температура, время тепловой обработки и т. д.). Изучение влияния внутренних факторов, в частности щелочной составляющей перлита, на процессы структурообразования на ранней стадии показало, что щелочи, входящие в состав таких материалов, растворяясь гораздо лучше других компонентов, создают благоприятные условия растворения для кислых составляющих, о чем свидетельствуют значения концентрации SiO2 и величины рН жидкой фазы суспензий исследуемых материалов. Но роль щелочной составляющей этим не ограничивается, она проявляется также в увеличении химической активности материалов вследствие нарушения структурных связей при вымывании щелочей. Отсюда следует, что щелочь, переходя в раствор, из внутреннего фактора превращается во внешний, но в то же время продолжает работать изнутри, разрыхляя структуру материала. В известковых растворах, в которых обычно и работают силикатные и алюмосиликатные материалы, уже известь становится щелочным катализатором растворения кислых компонентов, но и в этом случае щелочи силикатных и алюмосиликатных материалов разрыхляют структуру исходного материала, активизируют силикатную составляющую и, вступая в обменное взаимодействие с Са2+, ускоряют формирование новой структуры, что естественно способствует повышению их прочности. Наряду с этим, в таких системах твердения зачастую наблюдаются случаи значительных колебаний прочности, несмотря на идентичные условия изготовления, твердения и испытания. Возможно, что это также связано с поведением щелочной составляющей алюмосиликатных компонентов в процессе структурообразования. Для проверки высказанных предположений были проведены исследования влияния щелочности перлита, как наиболее яркого представителя кислых актив - ных природных алюмосиликатных сырьевых материалов с довольно высоким содержанием Na2O+K2O (6,5 %), на прочность перлито-известково-гипсового вяжущего. С этой целью измельченная перлит – порода (S = 5000 см2/г) заливалась дистиллированной водой, кипятилась и в жидкой фазе суспензии постоянно контро - лировался водородный показатель (табл. 1).
Таблица 1
Результаты изменения щелочности (рН) жидкой фазы суспензии перлита
в зависимости от времени (t) кипячения перлита
t, ч | 0 | 1 | 3 | 6 | 9 |
рН | 6,65 | 9,83 | 10,00 | 9,40 | 9,60 |
Как видно из представленных данных, кипячение суспензии больше одного часа практически не изменяет щелочность раствора, т. е. можно констатировать, что через 1 ч кипячения в системе устанавливается равновесие. Исходя из этого, для более полного удаления щелочи из перлита через каж - дый час кипячения жидкая фаза сливалась и заменялась новой порцией дистиллированной воды. При этом постоянно контролировался рН удаляемой жидкой фазы суспензии (табл. 2).
Таблица 2
Результаты изменения щелочности (рН) ежечасно удаляемой жидкой фазы суспензий
в зависимости от времени (t) кипячения перлита
t, ч | 0 | 1 | 6 | 12 | 18 | 24 | 30 | 36 | 42 | 48 |
рН | 6,80 | 9,70 | 9,65 | 9,65 | 9,70 | 9,45 | 9,30 | 8,15 | 8,80 | 8,70 |
Проведенными исследованиями выявлено, что вновь заливаемая дистиллированная вода за час кипячения интенсивно насыщалась щелочами (рН = 9,7...9,65). И такая щелочность ежечасно удаляемой жидкой фазы сохранялась в течение 18 часов кипячения перлита, а затем она начала медленно снижаться, достигнув к 48 часам кипячения перлита наименьшего значения (рН=8,7), что, возможно, связано с уменьшением щелочной составляющей перлита и установлением нового равновесия, а также это может свидетельствовать о разном состоянии щелочной составляющей в перлите.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
Основные порталы (построено редакторами)