Исследование процесса гидратации известково-зольных вяжущих с применением искусственного алюмосиликатного стекла

Основными носителями вяжущих свойств золы бурых углей, как установлено в настоящее время, являются обожженное глинистое вещество и алюмосиликатное стекло, активно взаимодействующие с известью и гипсом. В лаборатории строительных материалов Уральского филиала АСиА СССР использован метод исследования гидратации известково-зольных вяжущих, основанный на применении синтетического алюмосиликатного стекла состава 2Si02 А12ОЗ. Такой состав стекла был принят из тех соображений, что основные компоненты золы — обожженное глинистое вещество и алюмосиликатное стекло — образуются в результате той или иной степени обжига каолинита или других глинистых минералов.

Синтетическое стекло было приготовлено по способу В. Диккергофа плавлением сухих брикетов шихты из безводных окислов кремния и алюминия в пламени ацетиленово-кислородной горелки. Капли расплава падали в сосуд с водой, расположенный под горелкой. Полученный гранулят высушивался и измельчался до полного прохождения через сито с 10 000 отв/см2.

При исследовании под микроскопом сгек.ю не имело кристаллических включений. Показатель преломления его химический состав: Si02—54,96%; А12Оз—44,83%: FeO—0.17%; молекулярное отношение Si02: А12ОЗ равнялось 2,08. Термограмма стекла характеризуется очень сильным экзотермическим эффектом при 980°, обусловленным кристаллизацией муллита.

Для исследования взаимодействия стекла с известью и гипсом были изготовлены образцы из теста пластичной консистенции и водных суспензий с соотношением жидкой и твердой фаз 10:1. Режимы гидратации образцов н составы смесей приведены в таблице.

С целью наблюдения за процессом гидратации стекла при нормальной температуре (во времени) наряду с пластичными образцами и суспензиями готовились и исследовались водные микропрепараты.

Гидратация стекла в тесте изучалась на образцах пластичной консистенции размером 1X1X1 см. Изготовленные образцы выдерживали в формах во влажной среде в течение 7 суток. После извлечения из форм часть образцов хранилась в эксикаторе над водой, а часть направлялась на пропаривание и автоклавную обработку. По окончании обработки их испытывали на сжатие. Результаты испытаний приведены в таблице.


После испытания на сжатие разрушенные образцы высушивались и подвергались дифференциальному термическому анализу (ДТА). Термограммы были сняты на прометре Куриакова при навеске образца 0,3 г и скорости подъема температуры 50 град/мин. Термограммы образцов нормального твердения и пропаренных при 100° (рнс. 1) показывают эндотермический эффект прн 210—255°, который можно отнести к дегидратации гидроалюминатов и гидросульфоалюмниатов кальция.

Эндотермический эффект при 405—440° на термограммах образцов, прошедших пропаривание и автоклавную обработку, относится, по-видимому, к гидрограиатам. По данным ДТА, можно предположить, что при нормальном твердении новообразованиями являются гидроалюминаты и гидросульфоалюминаты кальция, а при автоклавном — гидрограиаты. В образцах, пропаренных при 100°, образуются те и другие соединения.

Изменение прочности образцов в зависимости от условий твердения можно объяснить, таким образом, изменением состава и структуры новообразований. Возникновение в автоклавированиых образцах кубических кристаллов гидрогранатов вместо пластинчатых кристаллов гидроалюмииатов и гидросульфоалюминатов кальция приводит к снижению прочности материала.

На всех термограммах обнаруживается сильный экзотермический эффект кристаллизации иепрореагировавшего стекла при 980°. На термограммах образцов без гипса наблюдаются эффекты свободной извести (525— 540°) и карбоната кальция (815—845°), а с гипсом — лишь очень слабый эффект карбоната кальция



При исследовании процессов гидратации стекла в суспензиях для предотвращения карбонизации извести использовалась дистиллированная вода, дополнительно прокипяченная перед употреблением в течение 1 часа нормального хранения готовились в герметически закрытых килбал, содержимое которых периодически встряхивалось. Суспензии, подвергавшиеся тепловой обработке при температурах 100 и 175°, были приготовлены в гидротермальных бомбах конструкции

Исследования в микропрепарагах показали. что в начале взаимодействия

алюмосиликатного стекла с известью (при наличии гипса и без него) образуется гидроалюминат кальция 4СаО : А12ОЗ : 12Н20. В присутствии гипса вслед за гидроалюмииатом кальция возникают кристаллы эттрингита. Растворение этих минералов и образование вместо них твердого раствора связано, по всей видимости, с тем, что в ходе реакции снижается концентрация гипса. Согласно В. Эйтелю , в системе СаО — —А12Оз—CaS04—Н20 при нетастабильном равновесии образованию твердого раствора способствует снижение концентрации извести.

Исследования водных микропрепаратов и суспензий алюмосиликатного стекла с известью и гипсом показали, что в зависимости от температуры, при которой протекает гидратация, меняется состав и структура новообразований. При нормальном твердении продуктами гидратации являются гидрогеленит и, видимо, гидросиликат кальция CSH(B), а при добавке гипса и моносульфатная форма гидросульфоалюмината кальция. Образованию этих минералов предшествует возникновение гидроалюмината кальция. В образцах с гипсом кристаллы ЗСаО А2ОЗ CaS04 12НгО образуются вместо растворившихся кристаллов эттриигита. При гидротермальном твердении образуются гелеобразные продукты (вероятно ннзкоосновные гидросиликаты кальция) и гидрогранаты. С повышением температуры гидратации количество Si02, связанного в гидрогранатах, возрастает. По приведенным в работе данным можно предположить, что и при температуре 100 и 175° в начальные сроки возникают те же минералы, что и при нормальном твердении.