Строительные материалы и изделия

Цементы на основе щелочных силикатов

Жидкое стекло — вязкая прозрачная жидкость, представля­ющая собой раствор в воде так называемого растворимого стек­ла — силиката натрия Na20 • «Si02 (реже — калия К20 • «Si02), где п = Si02/Na20 — силикатный модуль (для Na20/iSi02 п = = 2,0...3,5; для К20 • «Si02 п = 3,5...4,5). Растворимое стекло полу­чают так же, как обычное, — варкой (плавлением) сырьевой ших­ты в стеклоплавильных печах при температуре 1 300... 1 400°С. Шихта натриевого стекла состоит из высушенного и просеянного кварцевого песка и соды Na2C03 (или сульфата натрия Na2S04). Для получения калиевого стекла вместо соды применяют поташ К2С03. Реакция силикатообразования протекает по схеме

nSi02 + Na2C03 Na20 • «Si02 + С02Т

Полное связывание соды завершается при температуре

920.. .950 °С. Получаемый расплав застывает в стеклообразную хруп­кую массу, называемую сили кат-глыбой.

Получение жидкого стекла заключается в растворении сили­кат-глыбы в воде, что выполняется в автоклавах в среде насыщен­ного водяного пара при давлении 0,3...0,7 МПа и температуре

120.. . 150°С. Продолжительность растворения в стационарных ав­токлавах составляет 5... 6 ч, во вращающихся автоклавах — 1... 2 ч. Плотность раствора составляет 1,3... 1,5 г/см3, что соответствует содержанию стекла 50...70%.

Твердение жидкого стекла на воздухе происходит вследствие действия С02 воздуха и высыхания:

Na2O«Si02 + С02+ Н20 -» nSi02-aq + Na2C03

Вяжущие свойства такой системы обусловлены гелем кремне­кисл оты, который при высыхании уплотняется и приобретает значительную прочность. Твердение жидкого стекла в результате высыхания на воздухе — процесс достаточно длительный, так как образующаяся поверхностная плотная корка препятствует высы­ханию геля и проникновению С02 во внутренние слои. Поэтому часто применяют отвердители, которые могут быть газообразны­ми, твердыми или жидкими.

Среди твердых отвердителей наибольшее применение нашли промышленные отходы на основе двухкальциевого силиката: фер - рохромовый шлак и нефелиновый шлам. Твердение происходит по схеме

Na20 • nSi02 + 2СаО • Si02 + Н20 -» СаО • mSi02aq + SiO2aq +

+ (Са, Na2)0 • Si02a^

Продуктами твердения являются гель кремнезема, низкооснов­ные гидросиликаты кальция и натриевокальциевые гидросилика­ты.

Широкое распространение среди жидких отвердителей полу­чили растворы алюмината натрия (Na20Al203) и кремнефтори­стоводородной кислоты (H2SiF6).

Алюмосиликатная композиция отвердевает в результате ряда процессов, которые можно подытожить следующей реакцией:

Na20 • А1203 + Na20 • «Si02 + Н20 Na20 ■ А1203 • 2Si02 • aq +

+ (п - 2)Si02- aq

При твердении кремнефтористосиликатной композиции про­текают две стадии химических процессов, на каждой из которых происходит образование геля кремнекислоты:

Na20 • «Si02+ H2SiF6+ Н20 —> Na2SiF6 + «Si02- aq 2Na20 • «Si02 + Na2SiF6 + 6H20 -> 6NaF + AzSi02- aq

Кислотоупорный цемент состоит из двух компонентов:

1) раствора жидкого стекла со средней плотностью 1,345 г/см3 и п = 2,6...3,0;

2) тонко измельченной смеси, состоящей из 94...96% мине­рального наполнителя, отличающегося высокой кислотостойкос - тью (кварца, кварцитов, вулканической лавы, диабаза, андези­та) и 4...6% ускорителя твердения — кремнефтористого натрия (Na2SiF6).

Компоненты смешивают в соотношении примерно 1:4 (жид­кое : твердое). Добавка Na2SiF6 не только ускоряет процесс твер­дения кислотоупорного цемента, но и повышает его водостой­кость. Начало схватывания кислотоупорного цемента должно на­ступать не ранее чем через 20 мин, конец — не позднее чем через 8 ч. Предел прочности цемента при растяжении в 28-суточном воз­расте должен быть не менее 2,0 МПа. Прочность при сжатии бето­нов на кислотоупорном цементе обычно составляет 20...60 МПа.

Кислотоупорный цемент применяют на химических производ­ствах, где возможен контакт бетона с кислотами. Однако этот це­мент неустойчив в растворах плавиковой, кремнефтористоводо­родной и фосфорной кислот, а также в растворах щелочей.