Силикат натрия
Растворимое стекло (натриевое) так же, как и сода, сильно ускоряет процессы твердения цементов. Растворимое стекло представляет собой коллоидный раствор натриевых силикатов в воде. Существует и аналог натриевому - калиевое стекло, но оно встречается гораздо реже. По своему воздействию на цементные композиции натриевое и калиевое растворимое стекло аналогичны.
Достаточно достоверные сведения об изготовлении первого растворимого стекла имеются уже в трудах средневековых алхимиков (1520 г.). Но только в 1818 г. немецкий ученый Йоган Фукс научно обосновал химию и физику его получения. По результатам его трудов, в 1826 г. был построен первый завод по производству растворимого стекла. С этого момента и началось его широкое применение в различных отраслях промышленности.
Химический состав натриевого растворимого стекла выражается формулой:
Na2O • NSiO2 + MH2O
По ней видно, что растворимое стекло не имеет постоянного состава, и соотношение между отдельными составными частями может меняться. Отношение SiO2 : Na2O = M, показывающее, сколько кремнекислоты приходится на единицу окиси натрия, называется силикатным модулем стекла. Величина его обычно колеблется в пределах от 2,2 до 3,5. Чаще всего производится стекло с модулем 2,6-2,8.
Количество воды может колебаться в определенных пределах. В зависимости от этого меняется консистенция растворимого стекла в коллоидном растворе - плотность, измеряемая градусами шкалы Беме или показаниями удельного веса. Заводы обычно отпускают растворимое стекло плотностью 40-50 °Be (плотностью 1,38-1,50), и затем на месте работ оно разбавляется водой до нужной концентрации.
При добавлении растворимого стекла к воде, идущей на затворение цемента, его сроки схватывания сильно сокращаются (см. таблицу 6.4-1). Обусловлено это тем, что в результате химической реакции между щелочным силикатом (жидкое стекло) и составными частями цементного клинкера (гидроалюминат кальция) образуются коллоидные гидросиликат кальция и алюминат натрия по уравнению:
3Na2O • SiO2 + 3CaO •Alfi3 • NH2O = 3CaSiO3 • NH2O + 3Nafi •Alfi3
Образующийся в составе бетона алюминат натрия (3Na2O^Al2O3) и является очень сильным ускорителем его схватывания.
Кроме того, проходит еще одна реакция между жидким стеклом и известью, находящейся в цементе c образованием силиката кальция:
Na2O • 2SiO2 + CaO = Na2O •SiO2 + CaSiO3
Силикат кальция (CaSiO3) очень прочный и плотный материал. Например, пористый кусок негашеной извести, обработанный раствором жидкого стекла, становится настолько плотным и прочным, что его можно полировать. Отлагаясь в порах твердеющего камня, силикат кальция придает ему повышенную плотность и водонепроницаемость.
|
Добавка растворимого стекла в % от массы цемента |
Начало схватывания (час-мин) |
Конец схватывания (час-мин) |
|
0 |
1-40 |
5-05 |
|
2 |
1-02 |
3-10 |
|
5 |
0-38 |
7 2 |
|
Таблица 6.4-1 Влияние добавки растворимого стекла на сроки схватывания цемента |
|
Возраст в сутках |
Добавка растворимого стекла |
||||
|
0 % |
4 % |
8 % |
12 % |
16 % |
|
|
7 |
100 |
108 |
108 |
157,6 |
131,5 |
|
28 |
100 |
76,6 |
76,6 |
74,4 |
72,5 |
|
Таблица 6.4-2 Влияние добавок соды на прочность в % от бездобавочного (для цементно-пес - чаного раствора пропорции 1:3 и В/Ц=0.58) |
Вот эта совокупность свойств - ускорение схватывания бетона от образования алюмината натрия и пониженная проницаемость порового пространства за счет кольматирующего действия силиката кальция - и обусловила широкое применение жидкого стекла в качестве добавки для получения водонепроницаемого бетона для аварийных работ (заделка протечек, зачеканка швов и т. д.).
О характере влияния растворимого стекла на прочность можно судить по таблице 6.4-2.
Как и в случае с содой, растворимое стекло как ускоритель твердения цементов находит применение только в исключительных случаях, когда получить высокую начальную прочность важнее, чем высокую последующую, 28-суточ - ную (марочную).
Нужно также обязательно отметить, что растворимое стекло часто бывает непостоянным как по химическому составу, так и по плотности. Проконтролировать этот показатель, хотя бы частично, поможет таблица 6.4-3.
