ДОБАВКИ ГИДРОЛИЗУЮЩИХСЯ СОЛЕЙ ДЛЯ АВТОКЛАВНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Применение различных добавок электролитов для ускорения автоклавного твердения известково-песчаных смесей известно давно. Однако до настоящего времени они не находят широкого использования на предприятиях, что в определенной мере обусловлено недостаточной изученностью влияния добавок на процесс твердения и свойства получаемых изделий. Вместе с тем введете химических добавок в шихту является одним из наиболее простых и экономичных способов интенсификации производства, повышения качества и снижения себестоимости готовой продукции, так как не требует специального оборудования и больших капитальных затрат.

В соответствии с современными представлениями12 взаимодействие извести и кварцевого песка при автоклавной обработке является гетерогенным последовательно протекающим процессом, который заключается в растворении исходных компонентов и выделении термодинамически устойчивых кристаллогидратных новообразований из пересыщенного по отношению к ним раствора. Самой медленной, лимитирующей весь процесс твердения, является растворение окиси кальция и песка, происходящее с диффузионным контролем

Введение добавок электролитов вызывает глубокие изменения в жидкой фазе твердеющей извесгково-песчаной смеси меняется величина pH, ионная сила, растворимость компонентов и т. д. Все это налагает отпечаток как на весь процесс твердения, так и на его отдельные стадии. Процесс еще более усложняется, если между добавкой и компонентами шихты происходит химическое взаимодействие. Для управления процессом твердения путем применения добавок необходимо детальное изучение механизма их воздействия на этот процесс.

В качестве объекта исследования выбраны добавки гидролизующихся солей, химически взаимодействующих с вяжущим и способных изменять pH жидкой фазы. Такие добавки представляют собой большой теоретический и практический интерес, так как они сравнительно мало изучены и в то же время являются недорогими и недефицитными. Изучаемые добавки можно разбить на две группы: соли слабых кислот и сильных основании (первая группа) и соли сильных кислот и слабых оснований (вторая группа).

К добавкам первой группы относятся, например, карбонаты, фосфаты, силикаты и алюминаты щелочных металлов. Эти соли гидролизуются с повышением pH среды и химически взаимодействуют главным образом, своими анионами, Что приводит к повышению щелочности жидкой фазы известково- песчаной смеси. Кроме того, для добавок первой группы характерно образование плотных экранирующих пленок из продуктов реакции на зернах извести. Степень экранирования зависит в первую очередь от величины отношения

Проанализируем, каким образом oтмеченные выше особенности этих добавок — способность повышать щелочность среды и экранировать зерна окиси кальция— могут влиять на процесс известково-песчаной массы при автоклапной обработке. Повышение щелочности жидкой фазы увеличивает растворимость кварца3 и в то же время уменьшает растворимость СаО вследствие наличия одноименного иона гидроксила (высаливающий эффект). Жидкая фаза обогащается силикатными ионами, а концентрация ионов кальция уменьшается, что сдвигает процесс образования гидросиликатов в сторону низкоосновных.

Известно, что выкристаллизовывание гелеобразных гидросиликатов с низким отношением СаО/ДЮг обусловливает повышенную прочность материала1. Однако при значительном увеличении щелочности (при концентрации более 40 г/л) окись кальция не переходит в раствор и образование гидросиликатов кальция практически не происходит, что сразу же сказывается на прочности материала. Отсюда следует, что зависимость прочности от количества добавки первой группы является экстремальной. Оптимальное количество добавки необходимо определять экспериментально, исходя из конкретных технологических условии. При этом необходимо учитывать, что повышая прочность, низкоос- ионные гндроенлнкаты кальция снижают морозостойкость изделий1.

Экранирующие пленки, образующиеся при взаимодействии добавок первой группы с окисью кальция, также влияют на процесс ее растворения, замедляя его тем больше, чем выше степень экранирования. Из данных табл. 1 видно, что добавка Na2C03 слабее экранирует зерна вяжущего по сравнению с добавкой Na3P04. Поэтому карбонат натрия почти не влияет на скорость гидратации извести, в то время как тринатрийфосфат значительно ее замедляет (рис. I). Скорость образования гидросиликатоп кальция также уменьшается и прочность материала снижается тем больше, чем большее количество добавки было введено (рис. 2).

Рентгеновский анализ подтвердил эти данные. на рентгенограммах видно, что увеличивая тем самым общее количество цементирующего вещества. Эти новообразования. по-видимому, представляют собой гидрогранаты сложного состава. Их роль в формировании изделий далеко не выяснена эксперимеиты показали чт при добавлении и известконо-песчаного смесь гидроокиси железа несколько повышается прочное и, материала (табл. 2) Это является свидетельством влияния гидроокисей на синтез прочности силикатных изделий

Следовательно, при введении и шихту добавок второй происходит сложный гетерогенный многостадийный процесс, который заключается в реакции нейтрализации, образовании труднорастворнмых гидроокисей металлов, их растворении и переходе в кристаллогидратные соединения сложного состава, участвующие в формировании структуры материала.

Из сказанного можно сделать вывод о том, что добавки, повышающие pH среды, ускоряют твердение вследствие увеличения растворимости кварцевого песка и повышения доли низкоосновных гидросиликатов типа CSII(B). Продукты взаимодействия добавки с окисью кальция не входят в состав кристаллогидратов. Пленки из этих продуктов как правило, в значительной степени экранируют зерна вяжущего, затрудняя его растворение.

Добавки, понижающие pH среды, ускоряют твердение силикатных изделии за счет резкого повышения скорости растворении СаО. Продукты взаимодействия добавки с вяжущим, представляющие собой труднорастворимые гидроокиси металлов, участвуют и формировании структуры материала, входят в состав сложных гидратных новообразований. Гидросиликаты кальция, составляющие кристаллический сросток, характеризуются повышенном основностью и представляют собой преимущественно тоберморит. Добавки этой группы повышают клейкость массы, что благоприятно сказывается на прочности свежеспрессованных изделий.