Новый двухстадийный способ твердения известково-песчаных изделий

Известково-песчаная смесь активностью 10% приготавливалась на основе негашеной извести, перед формованием увлажнялась в пределах В/Т—0,06—0,18 и выдерживалась в течение 20—30 мин до перехода доломитовой извести в полугашеное состояние Ca(OH)2+MgO.

Образцы-цилиндры диаметром и высотой 3,22 см сформовались при удельном давлении прессования 160 к Г/см2.

Главное внимание уделялось выяснению роли основных окислов доломитовой извести, кремнеземистого компонента и углекислого газа в процессе твердения известково-песчаных изделии.

Наилучшее результаты достигнуты при двухстадийном твердении известняково-песчаных образцов включающем предварительную карбонизацию и последующую тепловлажностную обработку.

Для осуществления предварительной карбонизации образцов был избран динамический (проточный) метод 3’4. Как показали опыты (рис. 1), он обеспечивает интенсивное твердение образцов при динамическом (проточном) способе карбонизации. Физико-химические исследования продуктов гвердення образцов показали, что в начальном этапе происходит интенсивная избирательная карбонизация кальциевой части доломитовой нвестн н скорость превращения ее в карбонаты находится в прямой зависимости от притока углекислого газа в зону реакции.

При карбонатном твердении образцов статическим способом (путем свободного их омывания содержащими углекислоту газами) скорость превращения 2аО в карбонатные соединения намного медленнее. В течение 24 ч твердения наблюдается почти прямолинейное увеличение прочности образцов, что сведетельствует о еще незаконченном процессе твердения.

Из рис. 1 видно, что образцы, карбонизированные динамическим способом, более морозостойки. Хотя степень карбонизации доломитовой извести в образцах, твердевших динамическим способом, в начальные сроки во много раз превышает степень карбонизации образцов, твердевших статическим способом, прочность при сжатии их отличается незначительно. В первом случае идет более интенсивная реакция, в результате которой образуется высокодисперсный карбонат. Это подтверждено с помощью электронного микроскопа.

Физико-механические свойства образцов, карбонизированных динамическим способом до прекращения интенсивного поглощения углекислого газа зависят от В/Т и наличия в смеси активных минеральных добавок (рис. 2). Прочность при сжатии образцов в зависимости от вида добавок при оптимальном В/Т достигает до 125— 140 кГ/см2 (табл. 2). Физико-химические исследования цементирующего вещества таких образцов показали, что это достигается главным образом за счет карбонатного твердения кальциевой части доломитовой извести.



Второе составляющее доломитовой извести — MgO, в отличие от окиси кальция, медленно взаимодействует водой II с углекислым газом. Это удлиняет сроки карбонатного твердения образцов в целом.

Однако, как показали наши исследования, магниевая часть извести играет весьма большую роль в процессах структурообразования при твердении известково-песчаных образцов в тепловлажностных условиях после их предварительной карбонизации (после превращения кальциевой части доломитовой извести в карбонат).



Применение двухстадийного твердения позволяет избежать вредного влияния медленно гасящемся окиси магния. Из рис. 3 видно, что образцы, изготовленные даже на основе окиси магния, уже после двухминутной предварительной карбонизации во время запаривания не увеличиваются в объеме. Об этом же свидетельствует прочность запаренных образцов. Как видно на рис. 4, без применения предварительной карбонизации запаренные образцы характеризуются низкой прочностью. Изменение поведения MgO при тепловлажностном твердении образцов следует отнести, по-видимому, к образованию во время предварительной карбонизации карбонатных пленок вокруг отдельных частиц окиси магния, препятствующих растворению последней и уменьшению пересыщения жидкой Фазы, что способствует уменьшению внутренних напряжений структуры

Аналогичное явление описано в работах П А. Ребиндера и сотрудников где показано, что кристаллизация гидрата окиси магния из сильно пересыщенных растворов сопровождается значительными внутренними напряжениями, приводящими к (практически полному разрушению возникающей структуры. По данным указанных авторов введением в систему добавок гидрата окиси магния (как центров кристаллизации), а также изменением дисперсности окиси магния и В/Т смеси можно управлять степенью пересыщения жидкой фазы м. следовательно, величиной возникающих внутренних напряжений.



Таким образом, предварительная интенсивная карбонизация образцов па основе доломинной нанести приводит, во-первых, к образованию сравнительно прочной карбонатной структуры, оказывающей большое влияние на физико-механические показатели образцов, во-вторых, положительно влияет на процесс гидратапиолного твердения самой окиси магния, который проходит без вредного изменения объема твердеющей системы.

На процесс двухстадийного твердения известково-песчаных изделий, изготовленных «а основе доломитовой извести, большое влияние оказывает физическое состояние кремнеземистого компонента.

Как свидетельствует рис. 2, при замене части натурального песка активными минеральными добавками удлиняется этап интенсивного поглощения углекислого газа образцами. Степень карбонизации кальциевой части доломитовой извести в таких образцах после завершения этапа интенсивной реакции достигает 96—98%. В то же время в образцах, изготовленных без добавок или с добавкой молотого песка, степень карбонизации кальциевой части извести составляет 85—86%.

Применение активных минеральных добавок увеличивает водопоглощение и уменьшает объемную массу образцов, что свидетельствует о повышенной их пористости. Добавки повышают реакционную поверхность системы при карбонизации плотных известково-песчаных образцов. Это по-видимому, один из решающих факторов, обеспечивающих повышение интенсивности поглощения углекислого газа образцами. Повышение степени карбонизации изделий некоторые авторы связывают с наличием в таких добавках активного кремнезема. Для установления влияния активного кремнезема на процесс карбонизации нами проведены опыты с образцами, куда входила порошкообразная кремневая кислота, сырой и вспученный перлит. Они показали, что применение кремневой кислоты не приводит к повышению интенсивности поглощения С02 образцами. В то же время, вспученный перлит, в котором содержание активного кремнезема практически такое же как щ в сиром перлите, способствует поглощению углекислого газа более заметно, чем последний. пли кремневая кислота.

При изучении влияния различного количества минеральных добавок выяснилось, что эффективность применения их с уменьшением исходной влажности образцов уменьшается (рис. 5). Когда исходная влажность небольшая (В/Т= = 0,06), изменение содержания добавок мало влияет на продолжительность этапа интенсивного поглощения С02. При такой влажности карбонизация доломитовой извести протекает довольно интенсивно и без применения пористых добавок. Однако с увеличением исходной влажности образцов (б(7=0,16), изменение содержания пористых добавок сопровождается заметным изменением продолжительности этапа интенсивного поглощения С02.

Это свидетельствует, что при повышенной влажности образцов такие добавки поглощают избыток воды, вследствие чего условия взаимодействия С02 с известью ухудшаются в меньшей сте пени, нежели в образцах, изготовленных без каких-либо добавок или с добавкой молотого кварцевого песка.

Весьма большое влияние физическое состояние кремнеземистого компонента оказывает и ни процесс последующего тепловлажностного твердения окиси магния. Наличие активного кремнезема ускоряет образование гидроснликатов магния. Как показывают полученные результаты (табл. 2) высокие физико-механические показатели достигаются как при запаривании предварительно карбонизированных образцов при избыточном давлении 8 /сГ/см2, так и пропаривании при температуре 95—100СС и зависит главным образом от вида примененного кремнеземистого компонента. Возникновение лишь гидратационной структуры твердения окиси магния не обеспечивает достижения образцами максимальных физико-механических показателей (в случае применения в качестве кремнеземистого компонента натурального песка). Одновременное гидросиликатное твердение магниевой части доломитовой извести способствует значительному повышению этих показателей. Отношение гидросиликатав и гидроокисей магния в структуре затвердевшего камня может колебаться в широких пределах не вызывая значительных изменений физико-механических показателей.

Таким образом, отдельные этапы дпухстадинного твердения обеспечивают сначала быстрое возникновение структурно устойчивого каркаса, состоящего из карбоната кальция, и последующего обрастания его субмнкрокристаллическими продуктами твердения образной. Различная дисперсное и каждого из этих новообразований (карбоната кальция, гидрата окиси магния и гидроснликатов магния), способствуют лучшему уплотнению структуры и повышению ее прочности. Морозостойкость известково-песчаных образцов, твердевших двухстадийиым способом, в 2—4 раза превышает морозостойкость аналогичных образцов, твердевших без участия углекислого газа.

Возможности практического применения двухстадийного способа твердения в производстве силикатного кирпича доказана опытами на образцах диаметром и высотой 8,8 см (толщина силикатного кирпича). Поток С02 был подобран таким, чтобы предварительная карбонизация образцов завершалась в течение 10—14 сек. Установлено, что при такой скорости карбонизации давление углекислого газа необходимо увеличить до 1,4—2,7 кГ/см3. Затвердевшие образцы характеризовались прочностью при сжатии 190—212 кГ/см2 и морозостойкостью 0,86—94 после 25 циклов в зависимости от вида добавки.