Теоретические и практические предпосылки замены щелочей солями, каустифицируемых известью в процессе приготовления и твердения минеральношлаковых композиций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Теоретические и практические предпосылки замены щелочей солями, каустифицируемых известью в процессе приготовления и твердения минеральношлаковых композиций

Калашников В.И., Москвин Р.Н., Голикова Л.Н.

При создании шлакощелочных вяжущих, Глуховский В.Д. 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 Глуховского В.Д. 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 -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 -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 -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. Высокое 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 В.Д. Глуховским, 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

1. Глуховский В.Д. Синтез аналогов природных минералов с целью получения искусственного камня/ В. Д.Глуховский, Ж.В.Скурчинская // Докл. и тез. докл. третьей всесоюзной науч-практ. конф.: В 2-х т. - Киев, 1989. - Т. 1. -К С. 40-42.

2. Глуховский В.Д. Синтез щелочных алюмосиликатов на основе глин и гидроксида калия./ В.Д.Глуховский, Р.С.Жукова // Доклады и тезисы докладов третьей всесоюзной научно-практической конференции, в двух томах. - 1989. -т.1 -- с.32-33.

3. Калашников В.И. Глиношлаковые строительные материалы /В.И. Калашников, В.Ю. Нестеров, В.Л. Хвастунов и др.; Под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. В.И. Калашникова. - Пенза: ПГАСА, 2000. - 207 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru