УДК 691.51
Шишкин В.И., Воронин К.М., Орлова Е.С.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Процессы гидратации вяжущих веществ сопровождаются изменением плотности исходных материалов при переходе их в гидраты. Свойства вновь образованных конгломератов зависят не только от состава образующихся гидратов, но и от структуры, определяемой их составом и строением.
В полиминеральных вяжущих такие структуры более сложные, однако в мономинеральных отнести их к простым также не удастся. В качестве модели, поддающейся упрощенному расчетному контролю, можно рассмотреть изменение объема извести при гидратации.
Теоретическое изменение объема твердой фазы можно рассчитать исходя из плотности и молекулярной массы исходных составляющих и продуктов реакции.
CaO + H2O = Ca(OH)2 .
При использовании значений плотности из справочника [1] расчетное увеличение объема твердой фазы гидрата превышает в два раза объем твердой фазы исходного оксида. В реальных условиях получение увеличения объема, равного теоретическому, возможно только при определенных ограничениях, а именно:
- система состоит только из твердой фазы;
- вода для гидратации поступает извне;
- вновь образованная фаза состоит из гидрата;
- пористость системы исходной и конечной близка к нулю;
Рассмотренные ограничения фактически определяют протекание реакции гидратации по твердофазному механизму. Реальные условия, отвечающие перечисленным ограничениям, могут наблюдаться в процессе известкового распада мартеновского шлака. Включение извести, выделившееся при кристаллизации шлака, находится в окружении шлаковых минералов. Структура известкового включения плотная, соответствует так называемому «пережогу» и покрыта оболочкой из силикатов, алюминатов и ферритов кальция, которые относятся к минералам гидравлических вяжущих и медленно гидратируются. В случае доступа воды извне через пористость или трещины шлака начинается гидратация извести. Скорость ее невелика, по данным А.В. Волженского и Б.Н. Виноградова составляет 2 мкм/ч [2]. Возможно снижение скорости гидратации из-за так называемых стесненных условий [3] в шлаке. Стесненные условия обеспечивают плотное распределение продуктов гидратации, препятствуют появлению пористости в гидрате. Поэтому возможно увеличение объема твердой фазы оксида при переходе в гидрат, сопоставимо с теоретическим расчетным значением. С другой стороны, стесненные условия могут привести к торможению процесса гидратации или его полному прекращению.
При возможности свободного расширения или избытка жидкой фазы изменяется фазовый состав системы и появляется ряд структурных факторов, влияющих на величину объема образующегося гидрата. Наибольшее значение как структурный фактор имеет пористость системы, которая образуется за счет определенного размещения частиц новообразований [2] или за счет наличия жидкой фазы, что свойственно системам вяжущих веществ.
Упаковка частиц образующегося гидрата существенно зависит от состояния структуры исходной извести. Значительно отличается величина увеличения объема системы от применения строительной мягко обожженной извести, металлургической офлюсованной извести и пережога извести в составе мартеновского шлака.
Химический состав применяемых материалов приведен в табл. 1.
Методику измерения набухания системы приняли на основании ГОСТ 24143-80 с изменениями, заключающимися в укладке сухого материала в кювету прибора и последующей подачи воды. Для исходного материала в начальном состоянии и конечном контролировали плотность, пористость и изменение объема.
Изучали скорость гашения извести офлюсованной и строительной по методике ГОСТ 9179-77.
Результаты испытаний приведены в табл.2. Они показывают, что при близком химическом составе известь офлюсованная и строительная практически не различаются по скорости гашения. Это свидетельствует о том, что офлюсованная металлургическая известь, обожженная при температуре 1500 0С, имеет не достаточное количество оксидов железа и кремния, чтобы обеспечить плотную структуру за счет образования ферритов и силикатов кальция. Скорость ее гашения при содержании оксида кальция до 80 % не замедляется аналогично гидравлическим вяжущим по сравнению с воздушными. Скорость гашения данных образцов не влияет на кинетику набухания извести, хотя величина объемных изменений при полной гидратации отличается от расчетной величины.
Влияние структуры и химического состава сказывается на результатах набухания. Мягко обожженная строительная известь наиболее полно реализует возможности набухания. Мартеновский шлак имеет малое значение величины набухания, однако в пересчете с учетом содержания извести кратность удельного набухания составит 2,06 – для офлюсованной извести, 2,8 – для строительной извести и 21 – для мартеновского шлака.
Библиографический список
1. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. — М.: Химия, 1977.
2. Волженский А.В., Виноградов Б.H. Влияние размера кристаллов оксида кальция и температурных условий на скорость гидратации извести. //Изв. вуз. Строительство и архитектура. — 1965.- No8.-С. 67-71.
3. Сычев М.М. Неорганические клеи.- Л.:Химия, 1974.
