Влияние щелочной составляющей активного алюмосиликатного сырья на прочность известьсодержащих систем твердения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние щелочной составляющей активного алюмосиликатного сырья на прочность известьсодержащих систем твердения

Власов В.В., канд. техн. наук, доцент, Барсукова Л.Г., канд. хим. наук, доцент,

Кривнева Г.Г., канд. хим. наук, доцент

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

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

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

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.

Для определения прочностных свойств перлито-известково-гипсового вяжущего (известь - 20 % (по СаО), гипс - 6%, перлит - остальное 141), формовались образцы. Вяжущее готовилось путем совместного перемешивания предварительно размолотых компонентов. Причем для приготовления вяжущих использовался перлит как не прошедший кипячение, так и прокипяченый. Приготовленное вяжущее перемешивалось с затворителем в качестве которого использовалась водопроводная вода, жидкая фаза после кипячения суспензии перлита или вода с добавлением NаОН (табл. 3). Смесь укладывалась в формы, вибрировалась и после двухчасовой выдержки образцы пропаривались по режиму: подъем температуры до 95 oC - 2 ч, выдержка при данной температуре- 8 ч, охлаждение - 3 ч., а затем исследовались на прочность. Характеристика сырьевых компонентов и предел прочности образцов при сжатии представлены в табл. 3.

Анализируя полученные результаты, можно отметить следующее.

Использование для затворения перлито-известково-гипсового вяжущего жидкой фазы, полученной после кипячения сусцензии перлита (рН=9,4), способствует значительному росту прочности образцов (с 32,3 МПа, опыт №1 до 41,3 МПа, опыт №2). На основании полученных нами ранее данных по растворимости SiO2 перлита при 75 оС в воде и в известковых растворах установлено, что жидкая фаза после кипячения перлита содержит не только щелочи, но и SiО2. Последний, находясь в растворе в активной форме, при контакте с компонентами вяжущего образует силикаты кальция, которые, являясь затравкой, активизируют процессы структурообразования, и это, наряду с воздействием щелочи, способствует повышению прочности. Но решающую роль, по-видимому, все-таки играет SiO2, находящийся в жидкой фазе. В пользу этого свидетельствует и тот факт, что водопроводная вода с добавлением щелочи (опыт № 3) практически не изменяет прочноcти образцов. В этом случае роль добавленной щелочи нивелируется для перлито-известково-гипсового вяжущего известью, создающей высокую щелочность раствора (рН=12,3).

щелочной алюмосиликатный известьсодержащий

Таблица 3

Прочность при сжатии образцов перлито-известково-гипсового вяжущего

При использовании "кипяченого" перлита и водопроводной воды прочность образцов снижается (опыт а 4). Казалось бы, в таком перлите должны появиться дополнительные разорванные связи за счет выхода щелочей и SiО2, а это должно было бы способствовать более интенсивному взаимодействию составляющих перлита с оксидом кальция, но этого не наблюдается, что также может свидетельствовать о решающей роли SiО2, находящегося в растворе. Это подтверждает и результат повышения прочности при использовании в качестве затворителя жидкой фазы, полученной после кипячения суспензии перлита (опыт № 5), когда прочность образцов увеличилась до прочности контрольных составов (32,3), а также неизменный результат при использовании воды со щелочью (опыт № 6). Т.е. внесенная щелочь не работает эффективно и в этом случае. Это свидетельствует о существенной пользе внутренних щелочей, которые вымываясь, разрыхляют структуру алюмосиликатного материала и тем самым активизируют его.

"Кипяченый" перлит не дает высокой прочности образцов и даже при затворении вяжущего жидкой фазой (рН=9,4). Это можно объяснить тем, что при кипячении перлита с его поверхности удаляется активный, аморфизованный SiO2, образовавшийся при помоле материала.

Таким образом, выполненные исследования показали, что все составляющие алюмосиликатного сырья в композиционных вяжущих играют важную роль в процессах структурообразования, но решающая роль принадлежит силикатной составляющей, активность которой зависит в значительной степени от количества и состояния щелочей в сырье. Рассматриваемый вопрос очень сложный, но и очень важный, т.к. от его решения зависит стабильность качественных показателей изделий на основе таких систем твердения.

Список литературы

1. Власов В.В., Барсукова Л.Г., Кривнева Г,Г. Химическая активность природного и техногенного алюмосиликатного сырья на ранних стадиях структурообразования бесклинкерных композиционных вяжущих I/ Матер. седьмых академ. чтен. РААСН. - Белгород, - 2001. - С. 114 - 119.

2. Власов В.В., Барсукова Л.Г., Кривнева Г.Г. Сравнительная оценка химической активности природных вулканических алюмосиликатных материалов /Известие вузов. Строительство. - 2001. - № 8. - С. 71-77.

3. Власов В.В., Барсукова Л.Г., Кривнева Г,Г., Баутина Е.В. Роль щелочной составляющей кислого компонента композиционных систем твердения в процессах раннего структурообразования// Известие вузов. Строительство. - 2003. - № 9. - С. 70-74.

4. Лапидус М.А., Гуревич Г.М., Меркин А.П., Власов В.В. Бесцементные вяжущие: ТУ 69-284-84.- М.: Изд-во стандартов, 1985.-10с.

Размещено на Allbest.ru