Температурная зависимость скорости взаимодействия гипса и извести с водой

Работами НИНжелезобетона доказано, что твердение вяжущих обусловлено их растворением в воде и выкристаллизовываннем новообразовании из пересыщенного раствора. От скоростей растворения и кристаллизации зависит темп упрочнения материалов. Обычно через некоторое непродолжительное время после затворения вяжущих веществ скорость их растворения становится самым медленным процессом из этих двух, контролирующим ход твердения .


Концентрация вещества в растворе изменялась г) таких незначительных пределах, чго ее влиянием па величину коэффициента диффузии можно было пренебречь. Не учитывалось также крайне незначительное повышение вязкости воды, поскольку растворимость вяжущих материалов и их гидратов в нашем случае невелика (погрешность в расчетах для изучаемых в настоящей статье веществ укладывается в ошибку эксперимент).

Наиболее ответственным оказалось изготовление дисков. Они выпрессовывались в стальной пресс-форме (внутренний диаметр 20 мм, наружный — 50 мм) с двумя пуансонами. На нижний пуансон засыпали 2 г исследуемого материала, затем в пресс-форму вставляли верхний пуансон и помещали ее под пресс. Проверка показала идентичность получаемых результатов при изменении давления прессования в пределах 5 000—20 000 кг/см2.

Диски помещали в специальную оправу из нержавеющей стали; края в месте контакта с оправой закрашивали водонепроницаемым лаком.

Опыт заключался в том, что оправу с диском закрепляли иа вертикальном валу, соединенном с электромотором, и вставляли в колбу с 500 мл воды. Вал с диском вращался с заданной постоянной скоростью (все приведенные в статье данные были получены при п=25 об/сек). Периодически из колбы отбирали 1—3 мл раствора для анализа на содержание ионов кальция.

Часть опытов проводилась с применением радиоактивного изотопа Са<5, введенного при синтезе гипса. В этом случае скорость растворения определялась путем пересчета интенсивности (3- излучения после предварительной парировки. Заданную температуру воды поддерживали в течение всего времени эксперимента с точностью +0,1° путем термостатировання. Известь во избежание карбонизации хранили в банке притертой пробкой; испытания изготовленных из нее дисков проводились в атмосфере азота.

Результаты экспериментов представлены в таблице на рис. 1.

Полученные данные подтверждают пригодность описанной методики для изучения диффузионных характеристик вяжущих веществ. Так, величины коэффициентов диффузии исследуемых материалов при комнатной температуре нами другим методом, а также с затратами Д. А. Франк-Каменецкого для гипса, причем все три методики имели различные теоретические основы.

Из рисунка следует, что с увеличением температуры скорость растворения гипса и извести растет, причем для первого из них этот рост значительнее, так как растворимость гидрата окиси кальция с повышением температуры снижается сильнее, чем гипса.

Результаты определения коэффициентов диффузии гипса и извести при различных температурах были обработаны в соответствии с формулой:



Данные экспериментов укладываются на прямые, построенные согласно уравнению (2), в полулогарифмических координатах (рис. 2). Эго позволило вычислить значения Е (при растворении в воде гипса и извести, соответственно, 5,0 и 0,5 ккал/моль) и Do (для гипса— 0,04 см-/сек, извести — 0,1 см"/сек). Хотя энергия активации диффузии извести в 1,3 раза больше, чем гипса, сравнительно низкая абсолютная величина этого показателя для изучаемых веществ свидетельствуют о том, что их взаимодействие с водой протекает в области диффузионной кинетики.

Весьма существенные следствия вытекают из сопоставления результатов наших опытов для извести с данными Г. С. Ходакова по кинетике растворения в воде высокодисперсного кварцевого песка с огромной удельной поверхностью — 70 000—90 000 см~1г, при которой имела место ее аморфизация, у Ходакова составила К=3,5 • 10~7 сек тогда как пересчет данных, представленных для извести в таблице, приводит к константе К—10“3 сек-1.


Таким образом, даже при аморфиза- ции поверхности зерен кварцевого песка, достигнутой Г. С. Ходаковым путем длительного помола в вибромельнице, константа скорости растворения зерен песка примерно в 1 000 раз меньше, чем извести.

Еще более показательным является токов этих материалов. Если для извести при комнатной температуре, то приближенный пересчет данных Г. С. Ходакова для ческа приводит к величине 10-13 г/смг/сек. Такую значительную разницу в результатах нельзя объяснить меньшей растворимостью песка: ее изменение и опытах Ходакова не влияло на константу скорости растворения; сама величина растворимости высокодисперного песка с удельной поверхностью 70000— 90 000 см- была всего приблизительно в десять раз меньше.

Сравнение данных по кинетике растворения извести и песка облегчает понимание механизма процессов, происходящих при автоклавной обработке известково-песчаных изделий Так. высокие значения скоростей разорения, диффузионных потоков и коэффициентов диффузии извести а равно и низкая величина энергии активах диффузии при относительна соотношение значении предэкспоненциалього и жителя делает весьма вероятным взаимодействие при высокой техратхгидрата окиси с кремнеем через раствор.