Бориды кремния.

Известны 2 химических соединения кремния с бором B₃Si и B₆Si. Кристаллы B₃Si имеют форму ромбических пластинок черного цвета с плотностью 2520 кг /м³ , B₆Si образуется в форме непрозрачных зерен неправильной формы с плотностью 2470кг/м³. Бориды получают восстановлением кремнезема в вакууме по реакции :

SiO₂ + 8B B₆Si + 2BO

или способом горячего прессования смеси порошков бора и кремний при температуре 1600..1800 С. Бориды кремния отличаются высокой твердостью и химической стойкостью. Они плавятся при 2000 С медленно окисляются при очень высоких температурах.

Образование твердых растворов бора в кремнии приводит к резкому снижению электросопротивлению последнего. Так добавка 0,0005%уменьгает удельное сопротивление Si в 100 раз, а добавки 1% в 1000 раз. Добавки к применению от 0,01 до 1% бора вызывают его дырочную проводимость. Полупроводниковые свойства твердого раствора бора в кремнии используется при создании там так называемых солнечных батарей – фотоэлементов, служащих для преобразования солнечной энергии в электрическую. Применяются либо силициды бора и для получения специальных высокоогнеупоров.

Силициды.

С большинством металлов элементарный кремний при высоких температурах образует соединения парообразного состава, представляющие собой кристаллические вещества, обладающие металлическим блеском и значительной хрупкостью.

Силициды применяются в металлургии для раскисления стали и получения кремневодородов, по реакции:

Mg₂Si + 4HCl 2MgCl₂ + SiH₄

При обработке силицида кальция соляной кислотой на холоду получаются гидраты низших окислов кремния – лейконы.

Силициды кальция применяются для очистки стали от серы и фосфора. Получаются они по реакции:

3СaO + 5 Si 2CaSi₂ + CaSiO₃

CaC₂ + 2SiO₂ + 2C CaSi₂ + 4CO

2Si + CaO +C = CaSi₂ + CO

Силициды кальция можно получить и непосредственным сплавлением Са и Si в атмосфере азота или водорода. Большое техническое значение в металлургии имеют силициды железа, входящие в состав технического продукта – ферросилиций, получаемого либо в доменных печах или электрических печах.

Сплавы кремния с алюминием , известны под названием силуминов, так же применяются в технике в качестве материала для изготовления изделий малого удельного веса и большой прочности.

В настоящее время все более широкое применение в качестве весьма жароустойчивого материала получает дисилицид молибдена, являющийся так же превосходным жаропрочным покрытием для изделий из металлического слоя молибдена, вообще говоря, химически весьма неустойчивого при высоких температурах.

Вопросы:

1.Низшие соединения кремния с кислородом. Силиконы и лейконы.

2. Кремнеорганические соединения:

диметилсилан (CH₃)₂ SiH₂

триметилсилан (CH₃) Si (C₂H₅)₃

тримтилфенилсилан (CH₃)₃Si (C₆H₅)

3. Особенности структур силикатов и что лежит основе структуры силикатов

4. Каковы особенности структур боридов, карбидов, нитридов и силицидов?

Лекция № 7.

Тема : Вяжущие материалы в жидком состоянии. Теория строения жидкостей. Особенности структуры силикатных расплавов.

1. Вяжущие материалы в жидком состоянии.

2. Гипотезы строения жидкости.

3. Особенности структуры силикатных расплавов.

Квазикристаллической – искаженный кристалл

Сиботаксическая группа - сильно деформированная искаженная структура кристаллов

Как известно, ключевой операцией в производстве силикатных и других тугоплавких материалов является высокотемпературная обработка, в процессе которой исходные твердые вещества могут полностью (технология стекла, эмалей, глазури, плавленых цемен­тов, огнеупоров, абразивов) или частично переходить в расплав (портландцементный клинкер, глиноземистый цемент, фарфор, фа­янс, шамотные и динасовые огнеупоры и т. д.). Поэтому весьма важно познание природы расплавов силикатов и их свойств.

Плавление — процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое, совершающийся под действием температуры. Плав­ление кристаллических веществ является фазовым превращением, обусловленным скачкообразным изменением их внутреннего строе­ния и связанных с ним физико-химических свойств.

Из известных теорем классической термодинамики следует, что при равновесии между двумя состояниями вещества свободные энергии единицы массы вещества в обоих состояниях должны быть одинаковы. Отсюда условием равновесия между твердой и жидкой фазами должно быть равенство G_тв=G_ж.

Плавление — эндотермический процесс, его характеризуют скры­той теплотой плавления, т. е. количеством теплоты, которое необ­ходимо сообщить веществу, нагретому до температуры плавления, чтобы его расплавить. Эта теплота расходуется на преодоление сил взаимодействия атомов кристаллической решетки и характеризует разницу в энергии взаимодействия между частицами в твердом и жидком состояниях.

Температура плавления, являющаяся характеристикой кристал­ла, показывающей его устойчивость к тепловым воздействиям, должна находиться во взаимосвязи с энергией кристаллической решетки.

Помимо состава на строение расплавов, в частности на состав частиц, из которых они состоят, большое влияние оказывает тем­пература. Согласно

О. В. Мазурину, виды структурных преобразо­ваний в расплавах, происходящих при изменении температуры, сводятся к следующим основным типам:

1. Температурные флуктуации плотности. Этот вид неоднород­ности типичен для любых расплавов. По мере охлаждения интен­сивность этих флуктуации уменьшается пропорционально сниже­нию температуры до тех пор, пока расплав сохраняется в метастабильном состоянии.

2. Изменение координации. Влияние состава на координацию ионов в расплаве изучено достаточно подробно, влияние же темпе­ратуры на соотношение в расплаве одноименных атомов, находя­щихся в разных координационных состояниях по кислороду, даже качественно изучено крайне мало. В большинстве случаев следует ожидать уменьшения координационных чисел при росте темпера­туры.

3. Образование и диссоциация структурных комплексов. Усиле­ние тепловых колебаний ионов с увеличением температуры приво­дит к разрыву связей 51—О и дроблению комплексов. При пониже­нии температуры, наоборот, происходит укрупнение комплексов, т. е. увеличение степени ассоциации.

Таким образом, температурный фактор определяет динамиче­скую природу структурных составляющих расплава. Следует всег­да иметь в виду, что там, где в определенный момент наблюдалась наибольшая правильность взаимной ориентации, в следующий мо­мент может происходить деформация, приводящая постепенно к полному нарушению упорядоченного расположения частиц. Ско­рость взаимного перехода определяет и соотношение объемов упо­рядоченной и аморфной частей жидкости. Причем каждой темпе­ратуре соответствует определенное соотношение этих объемов.

При изготовлении большинства силикатных продуктов (стекла, керамики, цементного клинкера) в процессе их обжига происходит частное или даже полное плавление материала. Свойства образующихся при этом жидкой фазы оказывает чрезвычайно большое влияние на технологический процесс производства и на конечные свойства готовой продукции. В настоящее время установлено, что между строением веществ, находящихся в кристаллическом, жидком или стеклообразном состоянии, имеются не только различные, но и существенные сходства. В основном существует три гипотезы строения жидкости. Наибольшее признание получили модели строения жидкостей предложенные в разные годы Берналом, И.Я. Френкелем и Г.Стюартом. Согласно Берналу, предложившему гипотезу бездефектной жидкости, жидкость имеет структуру мало отличающуюся от геометрии кристалла, из которого она получена. Модель строения жидкости, предложенная Френкелем, называется квазикристаллической. Согласно этой модели особенно в близи температуры кристаллизации рассматривается как искаженный кристалл, в котором утрачен дальний порядок, но сохранен ближний.

Согласно теории « Роев или сиботаксисов» в жидкости существуют агрегаты называемые сиботаксическими группами представляющие собой псевдокристаллические образования, строение которых приближается к строению соответствующих кристаллов выделяющихся из жидкости при кристаллизации. Структуру сиботаксических групп можно рассматривать как сильно деформированную искаженную структуру кристаллов. Сиботаксические группы являются подвижными, динамическими агрегатами, которые разрушаются при движении и создаются вновь. Эти группы разделены областями беспорядочного расположения частиц, однако резких переходов между областями с частично упорядоченными и неупорядоченными. Эта гипотеза по сравнению с другими гипотезами в настоящее время имеет наибольшее признание.

Строение расплавов силикатов.

Высокая температура плавления силикатов (обычно от 500 ⁰С до 2000 ⁰С) ставит значительные препятствия исследованию их строения в расплавленном состоянии. Числу наиболее важных свойств силикатных расплавов, связанных с их строением и изученных с достаточной полнотой относятся: вязкость, поверхностное натяжение и плотность.

Вязкость силикатных расплавов.

Под вязкостью вещества в частности силикатных расплавов понимается свойство вещества оказывать сопротивление преимущественно одних частей жидкости относительно других. Существующие методы измерения вязкости стекол можно разделить на 2 вида:

1) методы определения вязкости в сравнительно низких температурах:

а) метод растяжения нити;

б)метод прогиба нити;

в)метод закручивания стержня.

2)метод определения вязкости при высоких температурах:

а)метод падающего шарика;

б) метод вращающихся цилиндров.

Поверхностное натяжение расплавляющихся силикатов.

Величина поверхностного натяжения измеряется работой, которую необходимо совершить для образования единицы новой поверхности или для увеличения поверхности жидкости на единицу при постоянной температуре:

где, - коэффициент поверхностного натяжения;

А- работа на увеличение поверхности жидкости;

S- площадь.

Поверхностное натяжение играет важную роль в технике. Нагревание стеклянных изделий вызывает под влиянием поверхностного натяжения, округление острых краев. При спекании огнеупорных материалов и разрушении их расплавленными силикатами , при кристаллизации расплавов и растворении в них кристаллов.

Плотность силикатных расплавов определяется методом измерения потери в весе погруженного в расплав платинового шарика известного объема и веса, подвешенного на тонкой платиновой нити прикрепленный верхним концом к коромыслу аналитических весов. При этом плотность d определяется по формуле:

D= Р_в – Р _р

Роль расплавов при производстве силикатных материалов весь­ма разнообразна. Определяющее значение имеют свойства сили­катных расплавов для технологии стекла — продукта охлаждения расплавов без их кристаллизации. Совершенно очевидна громадная роль расплавов и для технологии различных материалов, получаемых путем их кристал­лизации (плавленые огнеупоры, цементы, абразивы, монокристал­лы различных оксидов, халькогенидов, галогенидов и т. д.). Вместе с тем необходимо отметить и то большое значение, которое принад­лежит расплавам в технологии ряда основных многотоннажных продуктов силикатной технологии, где они являются той средой, в которой происходят многие реакции образования химических сое­динений, определяющих в конечном итоге свойства готовых изде­лий. Жидкая фаза во многом определяет и процессы спекания, т. е. уплотнения материала при обжиге многих силикатных изделий.

Можно привести много примеров из различных областей техно­логии силикатов, которые хорошо иллюстрируют роль расплавов в технологии силикатов.

1. При обжиге портландцементного клинкера во вращающихся печах жидкая фаза, появляющаяся в зоне спекания, полностью контролирует процесс формирования главного цементного минера­ла - трехкальцевого силиката — алита ЗСаО · SiO₂.

Н. А. Торопов описывает процесс формирования цементного клинкера следующим образом. На первом этапе — этапе твердо­фазного спекания из сырьевой смеси, состоящей из карбоната кальция и глины, образуются три клинкерных минерала: ЗСаО · SiO₂, ЗСаО-А1₂О₃ и 4СаО-А1₂O₃-Fе₂O₃. Трехкальциевый же си­ликат, отличающийся наиболее высокой абсолютной прочностью среди цементных минералов и быстротой ее нарастания, на этом этапе не формируется. Он образуется на втором этапе — этапе жидкофазного спекания цементного клинкера. На этом этапе про­исходит растворение избыточного оксида кальция и 2СаО· SiO₂ в клинкерной жидкости. В ней из ионов Са²⁺, О^2- и [SiO₄]^-4 образу­ется трехкальциевый силикат ЗСаО·SiO₂. Значительно меньшая растворимость в клинкерной жидкости по сравнению с другими ми­нералами быстро приводит к созданию расплавов, пересыщенных по отношению к трехкальциевому силикату, в результате чего он первым и выкристаллизовывается в этих условиях.

2. При производстве одного из наиболее важных огнеупорных материалов — динаса жидкая фаза также играет определяющую роль. Динас — кислый огнеупор, по составу примерно на 90% (мае.) состоящий из SiO₂ и 10% (мае.) СаО. В фазовом отношении пред­ставлен в основном тридимитом. Последний является более жела­тельной фазой, чем другие полиморфные разновидности SiO₂, по­скольку превращение его из высокотемпературной формы в низ­котемпературную сопровождается значительно меньшим измене­нием объема, чем, например, при аналогичном превращении квар­ца, а это весьма важно при работе тридимита как футеровочного материала. Так как исходным материалом для производства дина­са является кварц, его необходимо перевести при нагревании в тридимит. Этот процесс в твердой фазе идет очень медленно. Добав­ление же небольшой массы СаО приводит к появлению при сравни­тельно невысоких температурах (1430...1450°С) в полном соответ­ствии с диаграммой состояния системы СаО— SiO₂ значительного содержания расплава. Нестабильной при таких температурах кварц хорошо растворяется в жидкой фазе и выделяет более стабильную в данных условиях форму кремнезема — тридимит.

3. При производстве фарфора основная фазовая составляющая этого материала — муллит формируется путем растворения кварца и продуктов разложения каолинита в полевошпатовом расплаве.

Таким образом, природа и свойства расплавов, формирующихся при высокотемпературной обработке сырьевых материалов при производстве различных силикатных материалов, имеют огромное практическое значение, давая возможность выбора оптимальных параметров технологического процесса и получения материалов с заранее заданными свойствами.

Вопросы:

Какие факторы определяют абсолютное значение температуры плавления кристаллических веществ?

Опишите сущность существующих модельных представлений о строении жидкостей и, в частности, строении силикатных расплавов.

Как влияют температура и состав силикатных расплавов на их вязкость?

Что определяет величину поверхностного натяжения и смачивающей спо­собности расплавов?

Как можно классифицировать оксиды по их влиянию на поверхностное натяжение?

Каким параметром и как можно охарактеризовать смачивающую способ­ность расплавов?

Приведите примеры роли жидкой фазы при производстве силикатных материалов.

Лекция № 8.

Тема : Кристаллизация силикатных расплавов и вяжущих веществ. Образование центров кристаллизации и рост кристаллов.

1. Кристаллизация силикатных расплавов.

2. Гомогенное и гетерогенное образование центров кристаллизации.

3. Рост кристаллов.

Ситалл – стеклокристаллический материал.

Зародыш – центр кристаллизации

Кристаллизацией расплава или стекла называется процесс пе­рехода вещества из термодинамически неустойчивого состояния с неупорядоченной или малоупорядоченной структурой в устойчивое состояние с упорядоченной кристаллической решеткой.

Кристаллизация силикатных расплавов и стекол является важ­ным этапом технологических процессов получения многих силикат­ных материалов, влияет на основные свойства ситаллов, кристал­лических эмалей, глушеных глазурей, молочных и коллоидно-окра­шенных стекол; существенно воздействует на свойства керамики, огнеупоров, портландцементного клинкера и др.

Состав, число и порядок выделения кристаллических фаз зави­сят от химического состава расплава или стекла и положения исходного состава на диаграмме состояния соответствующей си­стемы.

Согласно В. Н. Филиповичу, расплавы и стекла по характеру кристаллизации можно разделить на две группы: 1) расплавы и стекла, в которых начало кристаллизации сопровождается распа­дом на фазы, отличающиеся по составу от исходного состава; 2) расплавы и стекла, которые при кристаллизации дают кристал­лы или твердые растворы того же состава, что и исходный рас­плав. Из расплавов первой группы можно получить стекло или мелкокристаллическую структуру при соответствующей термиче­ской обработке. Кристаллизация расплавов второй группы связана только со структурными перестройками, зарождение и рост крис­таллов не лимитируется диффузионными процессами, поэтому при кристаллизации таких расплавов образуются крупные кристаллы, из которых трудно получить стекло.

Согласно Г. Тамману, в области температур равновесного плав­ления имеется температурный интервал — метастабильная зона переохлаждения, в котором скорость образования центров новой фазы незначительна. Ниже температуры метастабильной зоны переохлаждения самопроизвольный процесс кристаллизации возможен и зависит от скорости образования или числа центров кристаллизации (зародышей)¹ и от скорости роста кристаллов.

Процесс кристаллизации новой фазы состоит из двух основных этапов:

нуклеации — образования центров (зародышей) кри­сталлизации и дальнейшего р о с т а кристаллов за счет скопления структурных элементов на зародышах вплоть до объемной кристаллизации всей массы расплава или стекла.

Образование зародышей (центров) кристаллизации может быть гомогенным (спонтанным), когда зародыши новой фазы имеют тот же состав, что и будущие кристаллы, и гетерогенным, когда в качестве зародышей используются вещества (примеси), отличающиеся по составу от кристаллизующейся фазы.

Гомогенное образование центров кристаллизации. Образование центров кристаллизации может быть объяснено на основании молекулярно-кинетической теории. При определенной температуре молекулы находятся в непрерывном тепловом движении и облада­ют соответствующей энергией. При понижении температуры энергия системы уменьшается, однако кинетическая энергия молекул еще достаточно высока и любое новообразование распадается вследствие теплового движения частиц. Дальнейшее понижение температуры приводит к убыванию кинетической энергии и образованию более устойчивых скоплений молекул. При определенной температуре появляются достаточно устойчивые группы молекул, которые и становятся зародышами новой фазы. Для процесса кристаллизации весьма существенно, чтобы расположение молекул или атомов в зародышах соответствовало их положению в кристаллической решетке.

Гетерогенное образование центров кристаллизации. Экспери­ментально установлено, что образование центров кристаллизации новой фазы ускоряется, если в систему ввести инициаторы кристал­лизации— примеси, способствующие более эффективному и быст­рому преодолению энергетического барьера зародышеобразования и ускорению процессов фазового перехода. Такие примеси называ­ются катализаторами кристаллизации.

Одним из главных и решающих воздействий катализатора на кристаллизацию при гетерогенном зародышеобразовании является его влияние на уменьшение величины поверхностного натяжения между катализатором и первичной кристаллической фазой, что обеспечивает хорошее смачивание катализатора фазой, образую­щей зародыш, и служит необходимым условием гетерогенного про­цесса.

К катализаторам кристаллизации предъявляются следующие требования: катализатор кристаллизации должен иметь высокую растворимость в расплаве при высоких температурах и ограничен­ную растворимость вблизи температуры размягчения, обладать низкой энергией активации при образовании центров кристаллизации из расплава в области пониженных температур. Ионы или атомы катализатора при пониженных температурах должны иметь более высокую скорость диффузии по сравнению с основными компонен­тами расплава или стекла. Различие параметров кристаллической решетки новой кристаллической фазы и параметров кристалличе­ской решетки катализатора не должно превышать 10... 15%.

В качестве катализаторов кристаллизации применяют металлы, оксиды, фториды и сульфиды металлов или их комбинации.

Рост кристаллов. Рост кристаллов яв­ляется второй ступенью процесса кристаллизации после образова­ния зародышей — центров кристаллизации. Возникший кристалл продолжает расти при малом переохлаждении. При увеличении переохлаждения или введении примесей скорость роста разных граней кристалла может изменяться, т. е. скорость роста отдельных граней кристалла различна. Рост граней происходит послойно, по­следовательным наращиванием слоев. В результате флуктуационного образования на поверхности двумерного зародыша возникают ступеньки. Возникшая у ребер или узлов кристалла ступенька пе­ремещается вдоль грани со скоростью, в сотни раз превышающей скорость перемещения в направлении, перпендикулярном грани. Присоединение атомов к ступеньке происходит с меньшими энер­гетическими затратами, чем присоединение к гладким участкам грани. Для реализации такого механизма необходимо преодоление незначительного порогового переохлаждения. Рост кристалла мо­жет происходить и при образовании на поверхности кристалла винтовой дислокации.

Суммарный процесс образования центров кристаллизации и роста кристаллов в силикатном расплаве характеризует кристаллизационную способность расплава, определяе­мую экспериментальными мето­дами.

Вопросы:

1. Что такое кристаллизация расплавов?

2. Из каких этапов состоит процесс кристаллизации?

3. Охарактеризуйте гомогенное и гетерогенное образование центров кристаллизации.

4. Как происходит рост кристаллов?

Лекция № 9.

Тема : Свойства вяжущих материалов в жидком состоянии. Вязкость. Плотность. Механические, термические свойства вяжущих веществ .

1. Свойства вяжущих материалов в жидком состоянии.

2. Механические, термические свойства вяжущих веществ.

Тиксотропия – способность структур после их разрушения в результате какого-нибудь механического воздействия самопризвольно восстанавливаться во времени.

Водопотребность вяжущего вещества - ко­личество воды, которое необходимо ввести в него для получения теста с так называемой нормальной густотой.

Свойства расплавов зависят от их химического состава и особенностей строения.

Вязкость

Вязкость расплавов силикатов тесно связана с их строением, чем сложнее анионные комплексы, тем выше вязкость расплава при одной и той же температуре (табл. 1).

Таблица 1. - Вязкость расплавов силикатов

Материал	Отношение О : Si	Вязкость расплава (при 1400оС), Па·с
Кварц	2	10 9,6
Полевой шпат	2,7	105
Стекло	2,5	28
Базальт	≈ 3	8
Доменный шлак	3,7	0,5

Зависимость логарифма вязкости от температуры для распла­вов со сложными анионными комплексами представляет собой плавные кривые (рис. 16, кривые 1 и 2), свидетельствующие об отсутствии кристаллизации

Рис. 16. Зависимость вязкости си­ликатных расплавов от темпера­туры:

1 г- оконное стекло; 2 — кварцевое стекло; 3 — шлак

Расплавы шлаков состоят из простых анионных комплексов, что и обусловливает низкую вязкость расплавов при высоких температу­рах и быструю кристаллизацию расплавов в узком интервале тем­ператур. Повышают вязкость шлаков оксиды кремния и алюми­ния; понижают — оксиды кальция, магния, марганца, натрия, ка­лия, железа.

Вязкость расплава шлака (Па·с) при 1400°С определяют по формуле

η = ,

где при вычислении К_z оксиды и сульфиды взяты в % (маc.).

Формула применима для шлаков с соотношением СаО ·SiO₂ от 0,38 до 1,4 при содержании А1₂O₃ от 8 до 19% (маc).

Например, вязкость шлака состава (% маc.) SiO₂ —45, Аl₂O₃ — 10, СаО — 35, МgО — 10 при 1400°С составит:

Структура и свойства цементного теста и затвердевшего цемента (камня).

В результате тщательного смешения цементного порошка с водой, взятой в количестве 25—40% его веса, получают цемент­ное тесто, называемое иначе пастой. С увеличением количества воды тесто становится подвижнее, консистенция его уменьша­ется.

1. Структурная вязкость и пластическая прочность теста.

Тесто, изготовленное из цемента или из какого-либо другого вяжущего вещества, представляет собой концентрированную водную суспензию, характеризующуюся определенной структу­рой и, следовательно, повышенной вязкостью. Вязкость подоб­ных суспензий определяют по формуле:

η = η_н +η_стр,

где η_н - нормальная или ньютоновская вязкость системы; η_стр- добавочная, структурная вязкость той же системы. Такие системы называют вязкопластичными. Возникновение повышенной вязкости относят на счет ван-дер-ваальсовых сил, в той или иной мере связывающих отдель­ные высокодисперсные частички в суспензии. Разрушение та­ких структур наступает, в частности, при механических воздей­ствиях на систему (вибрация, толчки, встряхивание, перемеши­вание и т. п.). При этом структурная вязкость падает, и суспен­зия приобретает способность течь. При прекращении механиче­ских воздействий структурные связи в системе вновь восстанав­ливаются, вязкость суспензии повышается, и текучее состояние исчезает. Подобные системы называются тиксотропными.

Нормально вязкие системы начинают течь при любом пере­паде давления. При структурированных системах по Бингаму необходимо приложить дополнительную силу, соответствующую предельному напряжению сдвига, чтобы вызвать их течение.

Структурная вязкость в большой мере зависит как от свойств цемен­тов, так и от концентрации, темпе­ратуры и продолжительности вы­держивания суспензии. Важно от­метить, что в зависимости от В/Ц и продолжительности выдержива­ния теста значительно изменяются характер и время последующего за­студневания при прекращении ме­ханических воздействий, а также и структурная вязкость. Для определения структурной вязкости цемен­тных паст и растворов А. Е. Десов разработал вибровискозиметр. На рис. 17 даны результаты некоторых опре­делений структурной вязкости тес­та из обычного цемента, а также теста с добавкой пластификатора - омыленного пека в количестве 0,05 и 0,1% веса цемента. Пек, являясь поверхностно-активным веществом (ПАВ), способству­ет значительному уменьшению вязкости цементного теста, а также растворных и бетонных смесей, лучшей их удобоукладываемости, повышению плотности и, следовательно, их качест­ва.

При введении в портландцемент трепела, диатомита, опоки и т. п. структурная вязкость резко возрастает. Так, если к тесту, изготовленному при В/Д = 0,5, добавить 30% трепела, структур­ная вязкость увеличивается в десятки раз.

Рис. 17. Структурная вязкость чистого цементного теста и с добавкой омыленного пека

1 — портландцемент + 0,05 % пека;

2 — портландцемент чистый;

3 —портландцемент + 0,1 % пека

Физические и механические свойства цементов

1.Плотность и объемная масса.

Плотность портландцементов в зависимости от химического и фазового состава, а также различных добавок колеблется в пределах 3—3,2 г/см³.

Цементы с пониженной плотностью при равной активности, водопотребности и скорости твердения по сравнению с цемента­ми с повышенной плотностью более экономичны, так как при одинаковом весовом расходе вяжущего дают более пластичные бетонные смеси из-за увеличенного выхода цементного теста.

Цементы с повышенной плотностью используются при возве­дении защитных устройств от ядерных излучений. Они приме­няются также при цементационных работах и для тампонирова­ния нефтяных скважин. Такие цементы с повышенной плотно­стью получают за счет увеличения в их составе железистых фаз С₄АF и С₂F. В необходимых случаях в состав цементов при их изготовлении вводят окись бария ВаО, которая реагирует с кремнеземом с образованием 2ВаО ·SiO₂ (плотность 5,4 г/см³).

Шлаковые и пуццолановые портландцементs характеризу­ются более низкой плотностью (2,7—2,9 г/см³), чем обычный портландцемент.

С плотностью связана и так называемая насыпная объемная масса цемента. Различают объемную массу (вес) в рыхлом и уплотненном состоянии. Чем меньше плотность и чем тоньше измельчен цемент, тем меньше его объемная масса. Насыпная объемная масса портландцемента в рыхлом состоянии колеб­лется в пределах 900—1100, а в уплотненном — 1400—1700 кг/м³.

Знать объемную насыпную массу цемента необходимо при расчете объема бункеров и силосов для его хранения, при объ­емном дозировании составляющих бетона и т. п. Часто в расче­тах объема складских емкостей принимают среднюю насыпную массу цемента в 1200 кг/м³.