Щелочносиликатные вяжущие вещества

Щелочные силикаты - это соли, образованные щелочными металлами и различными кремневыми кислотами с общей формулой М₂О • nSiО₂, где М - Na, К;величина n называется силикатным модулем и обычно состав­ляет 2,5- 3,5 (в среднем - 3). В промышленности и строительстве исполь­зуют в основном натриевые силикаты Na₂О • nSiО₂в виде концентриро­ванных (40 - 50%) водных растворов, называемых жидким (растворимым) стеклом.

Жидкое стекло получают сплавлением соды и кварцевого песка при 1350-1500°:

Na₂CО₃ + nSiО₂ = Na₂О • nSiО₂ + CО₂↑

Вместо соды иногда используют сульфат натрия, для ускорения раз­ложения которого используют уголь.

Na₂SО₄ + С + nSiО₂ = Na₂О • nSiО₂ + SО₂↑ + CO↑

Продукт реакции представляет собой расплавленную массу, при охла­ждении застывающую в стеклообразное тело («силикат-глыба»). Его затем дробят и растворяют в воде при 160 - 170° в автоклаве.

Прямой синтез жидкого стекла осуществляется путем растворения аморфного (диатомит, трепел, маршалит, промышленные отходы) или кри­сталлического (тонкомолотый кварцевый песок) диоксида кремния в кон­центрированном водном растворе NaOH:

2NaOH + nSiО₂= Na₂О • nSiО₂+ Н₂О

Процесс проводят в автоклаве при температурах 120 - 170° (аморфный Si0₂) или 220 - 250° (кварцевый песок).

При высыхании жидкое стекло густеет, превращаясь в гель. Ускоре­нию процесса способствует воздействие его с углекислым газом. Суммарно процесс твердения жидкого стекла в тонком слое можно выразить уравне­нием:

Na₂О • nSiО₂ + CО₂ + n • mH₂О = Na₂CО₃ + n(SiО₂ • mН₂О)

На этом основано применение жидкого стекла в качестве клея (сили­катный клей) и связующего для силикатных красок (калиевое жидкое стек­ло). Широко используется кислотоупорный цемент, состоящий из смеси измельченного кварцевого песка и фторосиликата натрия (Na₂SiF₆), затво­ряемого жидким стеклом.

Твердение кислотоупорного цемента основано на полном гидролизе жидкого стекла под действием ускорителя - фторосиликата натрия:

4(Na₂О • 3SiО₂) + 2Na₂SiF₆ + 7Н₂О = 12NaF + 14(SiО₂ • 0,5H₂O)

Образуется поликремневая кислота, которая быстро переходит в гель. Процесс происходит равномерно во всем объеме цемента независимо от толщины слоя.

Гидравлические вяжущие вещества