Растворимое стекло. Состав, производство, применение

Растворимое жидкое стекло - это натриевые или калиевые силикаты K₂O*nSiO₂ и Na₂O*nSiO₂, которые получают путем сплавления в стекловаренных печах при температуре 1300⁰С течении 70 часов измельченной смеси кварцевого песка SiO₂ с кальцинированной содой или сульфатом натрия. Пример: Na₂СО3+nSiO₂" Na₂O*nSiO₂+ СO_3, (Na₂O*nSiO₂ - силикат-глыба). Куски в крупном состоянии не активны. Только в измельченном состоянии силикат-глыба при затворении водой переходит в коллоидный раствор. Жидкое стекло твердеет на воздухе вследствие высыхания под действием углекислого газа воздуха: Na₂O*nSiO₂+СO₂ "Na₂СО3+nSiO₂ .

Твердение: Самостоятельное отвердевание жидкого стекла происходит медленно, поэтому к нему добавляют вещества, ускоряющие выпадение геля кремниевой кислоты.

Применение: жидкое стекло применяют в виде жидкости темно-желтого или коричневатого цвета, являющейся коллоидным раствором двуокиси кремния в едкой натриевой или калиевой щелочи. Чаще всего применяют натриевое стекло для уплотнения грунтов, для приготовления жароупорных и огнеупорных и кислотостойких бетонов. Калиевое жидкое стекло стоит дороже, чем натриевое, и используется, преимущественно, для изготовления силикатных красок.

Жидкое стекло служит для приготовления суперлегких заполнителей. Применение таких заполнителей на различных связующих веществах достигается резкое повышение эффективности теплоизоляционных материалов и изделий.

27) Портландцемент. Сырье, производство, применение. Основные свойства.

ПЦ – это гидравлическое вяжущее, получаемое совместным тонким помолом клинкера с добавлением природного гипса.

Сырье: Сырьевая масса состоит из 75-78% известняка СаСO₃ и 22-25% глины Al₂O₃*2SiО₂*2H₂O (каолинит).

Технология производства ПЦ:

1. Подготовка сырьевой смеси – осуществляется двумя способами: мокрым и сухим. Выбор способа зависти от качества сырья. а) при мокром способе сырьё дробят, перемешивают с водой, измельчают в мельницах мокрого тонкого помола и получают сметанообразную массу – шлам. Его перекачивают в шлам-бассейны, где хранят при непрерывном перемешивании. Хим. состав шлана постоянно контролируют. Затем отправляют в печь. б) Сухой способ закл. в измельчении и смешении сухих сырьевых материалов. Сырьё дробят, сушат и тонко размалывают, получая смесь в виде порошка, кот. наз. сырьевой мукой (влажность 1-2%).

2. Обжиг сырья – ведется во вращающихся печах. Вращающаяся печь – цилиндр из стали, изнутри футерованный огнеупором (выложенный

огнеупорным кирпичом) и слегка наклоненный – угол≈3-4⁰

к выходному кольцу. Сырье поступает через форсунки

в конце печи. Печь вращается со скоростью 1-2 об/мин.

3. Помол клинкера с добавлением гипса. Клинкер размалывают в мельницах тонкого помола с добавлением природного гипса – 3,5%. Гипс добавляют для замедления сроков схватывания.

Основные свойства ПЦ:

1) Истинная плотность: от 3000 до 3200 кг/м³;

Насыпная плотность: 900-1300 кг/м³;

2) Тонкость помола – должна быть такой, чтобы на сите № 008 (d=0,08мм) остаток не превышал 15% от массы помола. Цементы с высокой тонкостью помола отличаются ускоренным твердением и повышенной прочностью. Более точной характеристикой тонкости помола явл. удельная площадь поверхности (суммарная площадь поверхности частиц цемента в единице массы). для обычного ПЦ удельная площадь поверхности равна 2000-300 см²/г. Однако увеличение площади свыше 5000 см²/г приводит к снижению прочности вследствие повышенной водопотребности.

3) Нормальная густота цементного теста.

4) Сроки схватывания (начало не ранее 45мин, конец не позднее 10 часов).

5) Прочность цемента (его марка) – характеризуется пределом прочности при сжатии и изгибе балок размером 40х40х160 из пластичного теста в составе 1:3 (1часть цемента, 3 части песка). Марочная прочность наступает после 28 суток. По результатам испытаний устанавливается марка (активность) цемента.

28) Физико-химические процессы, протекающие при обжиге цементного клинкера. Клинкер – это продукт обжига до спекания искусственной сырьевой смеси известняка и глины или мергеля.

Обжиг сырья – ведется во вращающихся печах. Вращающаяся печь – цилиндр из стали, изнутри футерованный огнеупором (выложенный

огнеупорным кирпичом) и слегка наклоненный – угол≈3-4⁰

к выходному кольцу. Сырье поступает через форсунки

в конце печи. Печь вращается со скоростью 1-2 об/мин.

По длине печи различают несколько зон:

1. Зона испарения (t=100-200⁰С) – происходит постепенное высушивание сырья (удаляется свободная вода).

2. Зона подогрева (t=200-700⁰С) – зона дегидратации – происходит удаление хим. связанной воды и сгорание органических примесей.

3. Зона кальцинирования (t=700-1100⁰С) – происходит диссоциация: СаСO₃"(1000⁰С)" СаО + СO₂# - процесс эндотермический. В этой же зоне происходит распад глинистых минералов на оксиды.

4. Зона экзотермических реакций (t=1100-1250⁰С) – протекают твердофазные реакции (без расплавления), с большим количеством выделяющегося тепла. Образуются: C₄AF, С₃А, С₂S.

5. Зона спекания (t=1250-1450-1250⁰С) – происходит образование алита С₃S путем частичного расплавления веществ. К концу зоны получают все четыре клинкерных минерала.

6. Зона охлаждения (t=1300-1000⁰С) – полностью формируется состав клинкера. Далее клинкер поступает в холодильник, где резко охлаждается до 100⁰С. Готовый клинкер выдерживают на складе для гашения оставшейся извести.

29) Минералогический состав портландцементного клинкера. Зависимость свойств цемента от минерального состава. Клинкер – это продукт обжига до спекания искусственной сырьевой смеси известняка и глины или мергеля.

Минерал	Хим. ф-ла	Обознач.	%
Трехкальциевый силикат (алит)	3СаO*SiО2	С3S	42-65
Двухкальциевый силикат (белит)	2СаO*SiО2	С2S	15-45
Трехкальциевый алюминат	3СаO*Al2О3	С3А	3-15
Четырехкальциевый алюмоферрит (целит)	4СаO*Al2О3*Fe2O3	C4AF	10-25

От соотношения в клинкере основных клинкерных минералов зависят свойства ПЦ. клинкерные минералы характеризуются свойствами:

1. Алит С₃S – придает цементу свойство быстрого твердения и ранней высокой прочности.

2. Белит С₂S – менее активен, медленно твердеет, придает цементу среднюю прочность, но повышенную стойкость в агрессивных средах.

3. Трехкальциевый алюминат С₃А – быстро твердеет, выделяет большое количество тепла в первые трое суток, но прочность низкая.

4. Целит C₄AF – активнее, чем белит, т.е. твердеет быстрее и дает большую прочность.

ПЦ имеет относительно постоянный химический и минералогический состав, обусловливающий стабильные физико-химические свойства. Химический состав клинкера выражают процентным содержанием оксидов: СаО: 63-66%; Al₂О₃: 4-8%; SiО₂: 21-24%; Fe₂O₃: 2-4%. В небольших количествах входят MgО, К₂О и др.

Для получения вяжущих материалов с заданными свойствами сырьё должно иметь определенный хим. состав. С этой целью пользуются данными, кот. показывают определенные соотношения между различными оксидами, они наз. модулями. Три модуля:

1ый – основной (гидравлический) модуль: М=СаО/(SiО₂+ Al₂О₃+ Fe₂O₃), для ПЦ М=1,9-2,4%;

2ой – силикатный (кремнеземистый) модуль: n= SiО₂ /(Al₂О₃+ Fe₂O₃), для ПЦ n=1,7-3,5%;

3ий – глиноземный (алюминатный) модуль: Р= Al₂О₃/ Fe₂O₃, для ПЦ Р=1,0-3,0%.