Магнезиальные вяжущие.
Магнезиальные вяжущие вещества получают обжигом магнезита (MgCO3) при температуре 750-850ºС. Магнезит при прокаливании превращается в каустический магнезит (MgO), который используется для приготовления магнезиальных вяжущих веществ. В случае затворения водой каустического магнезита процессы гидратации протекают очень медленно. Здесь гидролиз останавливается на первой ступени. Твердение магнезиальных вяжущих веществ
Щелочно-силикатные вяжущие (жидкое стекло).
Щелочносиликатные вяжущие вещества изготавливают на основе щелочных силикатов. К щелочным силикатам относятся соли, образованные щелочными металлами и различными кремниевыми кислотами.
Способы получения жидкого стекла.
Высокотемпературный двухстадийный синтез.
Одностадийный прямой синтез заключается в получении на первой стадии безводного полисиликата натрия путем сплавления соды и кварцевого песка в стекловаренных печах при температуре 1300...1400°С. Заключается в растворении аморфного (диатомит, трепел, маршалит) или кристаллического (кварцевый песок) диоксида кремния в концентрированном растворе едкого натра. В этом случае протекает реакция:
Образовавшийся при этом расплав при быстром охлаждении распадается на стекловидные полупрозрачные куски, называемые силикат-глыбой. Силикат-глыба в воде практически не растворяется. На второй стадии ее дробят и растворяют водяным паром в автоклаве. Раствор жидкого стекла, используемый в строительстве, содержит 50...70 % воды и имеет плотность 1,3... 1,5.
Твердение жидкого стекла.
Силикаты натрия или калия, являющиеся основными компонентами жидкого стекла, в воде подвергаются гидролизу. Образующийся при гидролизе гель кремниевой кислоты Si(OH)4 обладает вяжущими свойствами. По мере испарения жидкой фазы концентрация коллоидного кремнезема повышается, он коагулирует и уплотняется. Процесс твердения растворимого стекла существенно ускоряется при повышении температуры и, особенно, при добавлении к нему веществ, ускоряющих гидролиз и выпадение геля кремниевой кислоты, например кремнефтористого натрия. Важнейшим свойством жидкого стекла является его клеящая способность. При твердении натриевого стекла на воздухе идет реакция:
Выделившийся аморфный кремнезем проявляет адгезионные (клеящие) свойства, которые еще более усиливаются при высыхании.
- Гидравлические вяжущие.
- Гидравлические вяжущие представляют собой сложную смесь различных веществ, состоящих из мономерных солей кальциево-кремниевых кислот, солей кальциево-алюминиевых кислот и смешанных солей кальциево-алюминиевых и железных кислот. Первые два типа – силикаты кальция, второй тип – алюминаты кальция, третий тип солей – алюмоферрит кальция.
Гидравлические вяжущие - портландцемент (силикатный цемент), глиноземистый цемент (алюминатный).
Глиноземистый цемент получают путем высокотемпературного обжига (1600ºС) смеси известняка СаСО3 и боксита состоит, в основном, из алюминатов кальция. Главной составной частью является однокальциевый алюминат.
Химический состав клинкера портландцемента
Портландцемент (силикатный цемент).
Он был получен впервые в 1824 году английским каменщиком Джозефом Аспдином. Портландцемент является лидером среди вяжущих веществ, применяемых в строительстве. Его применяют для изготовления бетона и железобетона. Это сильный, но медленнотвердеющий вяжущий материал. Сырьё для портландцемента:
известняк СаСО3 – 75 % (60 – 100 %),
магнезит МgCO3,
доломит, глину –25%.
Производство портландцемента.
Схема вращающейся цилиндрической печи:
В зоне I-происходит процесс удаления свободной воды (сушка шлама при температуре 200-250ºС). В зоне II - происходит процесс дегидратации минералов глины (при температуре 500–800ºС). Здесь происходит удаление химически связанной воды. В зоне III при температуре 900-1000ºС происходит процесс декарбонизации. В этой зоне протекают следующие реакции:
б) реакции в твердом состоянии между гидроксидом кальция и продуктами дегидратации глины;
в) образуются и в зоне IV усиливается течение реакций в твердом состоянии, завершается образование при температуре 1000–1250ºС. В этой зоне протекают экзотермические реакции синтеза минералов из оксидов:
Но часть гидроксида кальция находится еще в свободном состоянии, и её нужно полностью связать. Зона V – самая горячая зона печи: 1450ºС. Здесь происходит частичное плавление, примерно 1/3 материала в жидкой фазе, завершается связывание гидроксида кальция. Зона VI- зона охлаждения. Температура материала здесь понижается до 1000ºС. Чтобы не образовывались крупные куски, при выходе из печи материал охлаждают в специальном холодильнике. Материал из печи высыпается в виде гранул и называется клинкером. Минералогический состав клинкера портландцемента С3S (алит) быстро твердеет, активен в реакции с водой, прочен. С2S(белит)менее активен, медленнее твердеет, непрочен, но со временем прочность возрастает. С3A – наиболее активный минерал, очень быстро твердеет, но имеет очень низкую прочность. С4AF (целит) твердеет медленно, но быстрее, чем С2S, прочность выше, чем у C2S.