О взаимодействии газосиликата с углекислым газом —
Процесс взаимодействия ячеистого бетона с атмосферным углекислым газом (карбонизация) во многом определяет стойкость этого строительного материала при его службе в зданиях и сооружениях.
В научно-технической литературе освещены вопросы взаимодействия ячеистых силикатных бетонов с углекислым газом 1_3. Показано, что на кинетику и полноту процесса карбонизации таких бетонов влияют свойства сырья, влажность и объемный вес изделий. Однако все работы освещают стойкость к действию СОг лишь изделий, полученных по обычной, литой технологии.
Разработанная в Советском Союзе новая технология ячеистых бетонов с применением комплексной вибрации, по сравнению с обычной, позволяет при меньшем водотвердом отношении получать изделия, обладающие высокой однородностью и при существенно меньшем объемном весе — большей плотностью и прочностью межячейкового материала.
Настоящая работа посвящена изучению стойкости, по отношению к воздействию СОг, ячеистых силикатных бетонов, изготовленных на основе извести с применением комплексной вибрации. Для сравнения параллельно изучали также стойкость газобетона на основе портландцемента. Были изготовлены образцы ячеистых бетонов на основе кварцевого песка Кореневского месторождения (содержание Si02—92,48%). При изготовлении образцов газосиликата использовали кальциевую и слабогнд- равлическую известь. Последняя характеризовалась содержанием (в %): СаО—83,67, Si02—4,10, А1203—2,34 и Fe203—0,90. Характеристика извести приведена в табл. 1. При изготовлении образцов газобетона применяли портландцемент Воскресенского завода марки 500.
Сырьевую смесь готовили с таким расчетом, чтобы содержание активного СаО составляло 18%- Так как содержание углекислого газа в атмосфере невелико— около 0,03%—карбонизация в природных условиях проходит очень медленно. Нами принята ускоренная методика, по которой образцы газосилнката и газобетона подвергали воздействию 100%-ной С02 в герметичном карбонизаторе. При такой концентрации углекислого газа его взаимодействие с гидросиликатами кальция проходит очень быстро, что приводит к выделению в короткие сроки большого количества тепла. Поэтому при искусственной карбонизации в изделиях возникают значительно большие внутренние напряжения, чем при службе изделий в зданиях н сооружениях. Таким образом карбонизация в среде 100%-ной С02 — значительно более жесткое испытание материала по сравнению со службой его в естественных условиях.
В карбонизатор емкостью 50 дм- помещали образцы-кубы (с ребром 10 см), выпиленные из крупноразмерных изделий различной влажности. Затем карбонизатор закрывали и подавали в него увлажненный углекислый таз. Продолжительность искусственной карбонизации составляла от 4 до 500 ч. По истечении заданного времени образцы извлекали, затем определяли ?:х объемный ьес, влажность и прочность. Образцы распиливали параллельно ?:х верхней поверхности на слои, толщиной 10 мм каждый. При отборе проб следили за гем, чтобы анализу подвергалась .тишь та часть слоя, которая за том же расстоянии от боковых образца, на каком данный слой годится от верхней.
На характер карбонизации существенное влияние оказывает начальная влажность образцов (табл. 2). С увеличением последней до 18% скорость и полнота процесса возрастают и при продолжительности его равной 250 ч достигается степень карбонизации, близкая к 90%.
Большое влияние на скорость и полноту процесса оказывают также свойства извести (табл. 3). При использовании высокоактивной кальциевой извести получающийся газосиликат карбонизируется достаточно быстро. Уже через 8 ч в образцах содержится 6,2% связанной С02, а через 150 ч содержание связанной С02 повышается до 8,5%. Образцы на основе слабогидравлической извести содержат соответственно 3,2 и 4,4% С02. Столь интенсивная карбонизация образцов на основе высококальциевой извести обусловлена тем, что одноосновные гидросиликаты кальция серии CSH (1), из которых состоит связующее вещество силикатных бетонов, обладают невысокой стойкостью против воздействия углекислого газа.
При карбонизации образцов газосиликата, полученного на основе слабогидравлической извести (табл. 3) процесс взаимодействия ячеистого бетона с С02 протекает значительно медленнее и конечная степень карбонизации после 150 ч почти вдвое меньше. Это обусловлено тем, что при обжиге известняка, содержащего примесь глинистого вещества, СаО взаимодействует с Si02, А1203 и Бе20з с образованием силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция. В результате в связующем веществе ячеистого бетона на основе такой извести наряду с гидросиликатами серии CSH (1) возникают другие гидратные новообразования, более стойкие по отношению к действию С027.
В табл. 4 сопоставлен ход карбонизации образцов газосиликата, выпиленных из крупноразмерных изделий и отформованных в индивидуальных формах. Известно, что образцы ячеистых бетонов, изготовленные в них, характеризуются повышенной плотностью поверхностей, контактирующих с дном и бортами формы. При их карбонизации углекислый газ чрезвычайно медленно проникает в глубь материала. В результате длительной естественной атмосферной карбонизации (в течение 2,5 лет) содержание связанной углекислоты в наружном слое газосиликата существенно превосходит ее содержание на глубине 20—50 мм (карбонизировали образцы-кубы размером 10ХЮХ10 см). При карбонизации образцов, выпиленных из крупноразмерных изделий, углекислый газ свободно фильтруется через все открытые для него поверхности, и поэтому содержание связанной углекислоты от поверхности образцов к их центральной части уменьшается не столь резко.
При искусственной карбонизации газосиликата с помощью 100%-ной С02 в течение первых 24 ч в наружном слое образца (толщиной 10 мм) достигается содержание связанной С02, близкое к предельному. На глубине 20—50 мм карбонизация идет медленнее и близкое предельному содержание связанной С02 (13%) достигается лишь при продолжительности воздействия С02 — около 150 ч.
О характере изменения фазового состава связующего вещества ячеистых силикатных бетонов в процессе карбонизации судили по результатам рентгеноструктурного и дифференциально-термического анализов проб, взятых на глубине 21—30 мм, где изменения фазовзго состава имеет промежуточный характер между изменениями состава наружного слоя и в центральной части куба.
Связующее вещество образца до карбонизации содержало однокальциевый гидросиликат CSH (1) (экзотермический эффект при 835°С на термограммах пик, отвечающий — =3,02 А на рентгенограмме) и тоберморит (пики — =2,94 и 3,07 А).
Ввиду того что удельный вес карбонатов кальция выше, чем гидросиликатов кальция, при карбонизации наблюдается увеличение объемного веса образцов (на 5—10%).