Тонкозернистый порошковый дисперсноармированный бетон (стр. 7 )

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

Горлов бесцементные материалы на основе кислых вулканических стекол / , , , // «Строительные материалы» – 1980. – №9. – С. 9-10. Калашников развития геополимерных материалов // Современное состояние и перспектива развития строительного материаловедения: Восьмые академические чтения РААСН. – Самара, 2004. С. 193-196. , Тихомиров активации жидкой фазы в процессе гидратации вяжущих материалов / Тез. докл. и сообщ. IV Всесоюзн. совещ. по гидратации и твердению цемента. – Львов, 1981. С. 37-43 Нестеров водостойкости силицитовых геополимеров и пути ее решения / , , Чжао Цун // Новые энерго - и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов: сборник статей Международной научно-технической конференции. – Пенза, 2005. С. 148-154

УДК 691.44

, д-р техн. наук, профессор; , канд. техн. наук, доцент,

канд. техн. наук, ассистент, канд. техн. наук, ст. преподаватель,

инженер, инженер

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ЗАМЕНЫ ЩЕЛОЧЕЙ СОЛЯМИ,

КАУСТИФИЦИРУЕМЫХ ИЗВЕСТЬЮ В ПРОЦЕССЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ТВЕРДЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОШЛАКОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ

При создании шлакощелочных вяжущих, и его школа, в качестве активизаторов рассматривали использование трех щелочных активизаторов: жидкого стекла, крепких щелочей и соды. При этом доза активизаторов была обычно не менее 8-10% [1]. Необходимо отметить, что весь практический производственный опыт использования результатов исследований школы в области шлакощелочных вяжущих показал, что щелочи ограниченно использовались при создании строительных материалов и конструкций на основе шлакощелочных вяжущих вследствие следующих причин. Использование больших дозировок щелочей неэкономично. Жесткие санитарно-гигиенические требования при приготовлении щелочных растворов и их дозировки ограничивали формование изделий по различным технологиям (виброционным, вибропрессованным и прессованным).

Из выше сказанного следует, что производство бетонов с использованием NaOH и KOH должны быть высоко автоматизировано.

В отличие от щелочей техническая кальцинированная сода относится к веществам третьего класса опасности в соответствии с ГОСТ 12.1.007, и хотя при работе с ней также требуется соблюдение правил безопасности, они не являются столь жесткими. К тому же сода не гигроскопична «не расплывается» как щелочь, не изменяет своего вещественного состава при хранении на воздухе по сравнению с NaOH, KOH и силикат-глыбой.

Главнейшее преимущество соды состоит в том, что она открывает возможности создания технологичных сухих смесей на основе шлаковых вяжущих.

Как было показано в работах, проведенных кафедрой ТБКиВ Пензенского ГУАС, снижение доли щелочи до 2-3% от массы смеси минеральношлаковых вяжущих не только приводит к высоким экономическим показателям, но и к улучшению целого ряда технических и технологических характеристик минеральношлаковых вяжущих по сравнению с чистым шлаковым вяжущим с высоким содержание щелочей. Данные исследования показали, что максимальные значения прочности приходятся на составы, в которых доля шлака составляет 60% от массы минеральношлакового вяжущего.

При дозировки щелочи в количестве 2% от массы смешанного вяжущего содержание ее в пересчете к массе шлака составит 3,3%, а при 3%-ной дозировке – 5%. В том случае если в составе смешанного вяжущего присутствует минеральный компонент, не вступающий в реакцию со щелочью, то вся она принимает участие в реакционных процессах со шлаком. Это характерно для карбонатношлаковых вяжущих когда в качестве карбонатной составляющей используются чистые известняки с незначительным содержанием MgCO3. В глиношлаковых вяжущих, не подвергнутых тепловой обработке, щелочь также не потребляется полностью глинистой составляющей вяжущего.

Установленная ранее возможность проявления содовых парадоксов I-го и II-го рода при твердении минеральношлаковых вяжущих и проведение экспериментальных исследований твердения карбонатношлаковых вяжущих при активизации их содой делает содовую активизацию перспективной [3].

Отрицательный опыт строительства двух многоэтажных домов в городе Липецке из шлакощелочных бетонов с большими дозировками соды, превышающими 8-12%, требует анализа причин недостаточной трещиностойкости таких бетонов и высокого высолообразования, связанных с неучетом стехиометрии реакций между Na2CO3 и гидролизной известью шлака. Если принять, что в основных шлаках отсутствует алит C3S, который является основным поставщиком гидролизной извести Са(ОН)2, то последняя может быть выделена лишь при гидратации β-C2S и некоторых других силикатов кальция. Выделение извести из геленита 2CaO∙Al2O3∙SiO2 возможно лишь при термовлажностной обработке. Волостанит, псевдоволастонит являются сильно инертными силикатами кальция даже в условиях автоклавной обработки. Если ориентироваться на β-C2S, то доля его в основных шлаках по различным оценкам составляет 10-25% [2]. При полной гидратации таких шлаков выделение гидролизной извести Са(ОН)2 из β-C2S составит 1,8-4,5%. Из реакции каустификации такого количества извести с содой по стехиометрии

Са(ОН)2+Na2CO3→ 2Na(ОН)2+СаCO3

следует, что 1% извести свяжет 1,43% соды по массе, а 1,8-4,5%, соответственно, – 2,6-6,4%. Таким образом, в шлакощелочных бетонах, применявшихся для строительства в г. Липецке, с содержанием соды 12%, остаточное количество соды было не менее 4-6%. Принимая во внимание то, что полная гидратация шлака не достигается в течение 10-15 лет, то доля неиспользованной соды реально выше указанных значений. Высо -

кое высолообразование на поверхности панелей из таких бетонов свидетельствует о неправильном подборе количества активизатора, т. е. соды. Таким образом, подбор таких бетонов должен вестись исходя из стехиометрии реакции каустификации, а лучше – с недостатком соды на 10-15% от стехиометрического, с тем, чтобы гидролизная или специально добавляемая известь могла участвовать в гидросиликатном взаимодействии с кварцевым песком или активными кремнеземистыми наполнителями в течение длительного времени, упрочняя материал гидросиликатами кальция. Этот вопрос не исследовался ни , ни другими учеными, как и не исследовались водорастворимые щелочные соли натрия и калия, кроме соды и поташа.

В таблице представлены лишь 13 соединений, которые могут быть компонентами реакции каустификации. Наиболее доступные из них сода и поташ, однако некоторые могут быть побочными продуктами отдельных производств (Na2B4O7, NaF, Na2HPO4 и др). Наибольший выход щелочей (0,95 и 0,97 г/г) получается при каустификации фторида натрия и калия. В этом случае при реакции получается наименьшее количество образующейся примесной соли. Высокие выходы щелочей имеют сода и поташ.

Таблица Каустифицируемые вещества и реакции каустификации их известью

Каустифицируемые вещества	Формула	Молекулярная масса	Реакционный процесс	Кол-во активизатора в г/г Са(ОН)2	Выход NaOH в г/г активизатора
Углекислый натрий, калий	Na2CO3	106	Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH	1,43	0,75
K2CO3	138	K2CO3+ Ca(OH)2=CaCO3+2KOH	1,86	0,81
Тетрагидроксо-алюминат натрия	Na[Al(OH)4]	118	2Na[Al(OH)4]+Ca(OH)2= =Ca[Al(OH)4]2+ 2NaOH	3,20	0,34
Тетраборат натрия	Na2B4O7	202	Na2B4O7+Ca(OH)2=CaB4O7+2NaOH	2,73	0,40
Фториды натрия, калия	NaF	42	2NaF+ Ca(OH)2=CaF2+2NaOH	1,05	0,95
КF	58	2КF+ Ca(OH)2=CaF2+2КOH	1,57	0,97
Фосфаты натрия, калия	Na3PO4	164	2Na3PO4+ 3Ca(OH)2= =Ca3(PO4)2 + 6NaOH	1,48	0,73
К3PO4	212	2К3PO4+ 3Ca(OH)2= =Ca3(PO4)2 + 6КOH	1,91	0,79
Гидроортофосфаты натрия, калия	NaH2PO4	120	2NaH2PO4+Ca(OH)2= =Ca(H2PO4)2+2NaOH	3,24	0,33
КH2PO4	136	2КH2PO4+Ca(OH)2= Ca(H2PO4)2+2КOH	3,68	0,41
Na2HPO4	142	Na2HPO4+Ca(OH)2=CaHPO4+2NaOH	1,92	0,56
К2HPO4	158	К2HPO4+Ca(OH)2=CaHPO4+2КOH	2,14	0,71
Натрий, калий углекислый	KNaCO3·6Н2О	230	KNaCO3·6Н2О+Ca(OH)2= =CaCO3+NaOH+KOH+6Н2О	3,11	0,46

Для определения сравнительной эффективности  активизаторов использовали инертную по отношению к щелочи породу – мрамор. Количество водорастворимых солей принималось исходя из получения одинакового количества NaOH, в пределах 1,5-1,6% от массы мраморношлакового вяжущего состава мрамор:шлак 2:3 по массе. Изготавливались образцы-кубы с ребром 3 см методом силового прессования при давлении 25 МПа и влажности сырьевой смеси 10,5%. Отформованные образцы твердели в нормально-влажностных условиях и испытывались в заданные сроки (см. рисунок).