Водостойкий безавтоклавный гидроизвестково-кремнеземистый материал —
В научно-исследовательском институте УкрВОДГЕО в 1959—1963 гг. была проведена работа по изучению возможности использования местных строительных материалов Крыма — отходов ракушечника и гидравлической извести Феодосийского комбината строительных мате риалов для изготовления безавтоклавных водостойких изделий, предназначенных дли ирригационного строительства.
Весьма медленное твердение гидравличеикой извести в естественных условиях по сравнению с портландцементом привело к тому, что это вяжущее почти вытеснено из практики строительства более прогрессивными материалами.
Основным условием применения гидравлической извести в современном строительстве является интенсификация протесов ее твердения.
Гидратическая известь, как вяжущее, по своему химическому и минералогическому составу имеет много общего с цементами (особенно с романцементом), отличаясь более высоким содержанием свободной СаО, что и определяет характер ее твердения.
Первоначальная прочность гидроизвестковых растворов обеспечивается гидратацией некоторой части СаО, СА и p-C;S с образованием гидроокиси кальция гидроалюминатов и CSH(B). Дальнейшее, очень медленное нарастание прочности обеспечивается, в основном, процессами карбонизации несвязанного. Поэтому- с увеличением активной формы SiO. можно до известных пределов не только интенсифицировать процессы твердения, но и получать значительно большую прочность затвердевшего продукта.
Действительно, взаимодействие СаО с активной формой сопровождается образованием гидросиликат кальция, которые с одной стороны ускоряют твердение, так как образуются в более ранние сроки по сравнена с процессами карбонизации, а с другой — увеличивают прочность материала, являясь дополнительными вяжущими новообразованиями. Скорость образования гидросиликатов кальция зависит от кинетики процессов растворения кремнезема и гидроокиси кальция и от температурно-влажностных условий обработки изделий.
Известно, что образование гидросиликатов кальция и, в частности, наиболее стабильной его формы CSH(B) может происходить не только при автоклавной обработке, но и при комнатной температуре.
Поскольку Са(ОН)2 хорошо растворяется при комнатной температуре, а растворимость кварцевого песка при этих условиях практически равна нулю, задача сводится к тому, чтобы найти способы интенсификации процессов растворения Si02.
Одним из путей увеличения растворимости Si02 как в условиях тепловлажностной обработки, так и при комнатной температуре, является повышение дисперсности материала до величины удельной поверхности 8000—19 ООО смг/г. Но столь тонкое измельчение песка обходится слишком дорого. Целесообразнее в качестве кремнеземистой добавки применять трепеловидные породы, которые легко поддаются измельчению и, что очень важно, содержат аморфный кремнезем, растворимость которого при комнатной температуре равняется 0,01 — 0,015%. Существенно влияет на этот показатель увеличение степени щелочности (pH), которое обеспечивается добавкой жидкого стекла. Так, при pH, равном 10,6, растворимость аморфного кремнезема при 25°С уже достигает 0,112% и приближается к значению растворимости гидроокиси кальция при этой температуре (0,113%). Помимо температурных условий большое влияние на растворимость компонентов оказывают и различные вещества, находящиеся в смеси. Например, увеличение концентрации NaOH и гипса при 20°С в различной степени снижают растворимость гидроокиси кальция.
В разработанном способе изготовления безавтоклавных водостойких силикатных изделий в качестве вяжущего применялась тонкоизмельченная смесь негашеной гидравлической извести, трепела (кремнеземистая составляющая) и добавки двуводного гипса (5% от веса гидравлической извести). Заполнителем служили отходы ракушечника, гранулометрический состав которых показан в табл. 1.
Характерно, что кратковременная тепловлажностная обработка (в течение 3 ч при 90—95°С) материала лишь интенсифицирует процессы гидросиликатного твердения в нем, не завершая их. В результате материал сразу же после пропаривания приобретает необходимые свойства, имея в запасе некоторое количество несвязанного Са(ОН)2.
Опыты показали, что на протяжении 6 мес. происходит интенсивное уменьшение содержания свободного Ca(OH)s за счет дальнейшего связывания его с тонкоизмельченным трепелом. Об этом свидетельствует рост прочности образцов и данные термографических исследований рис. 1. кривые 2. Так, в возрасте 28 сут. /15см=200 кг/см , в возрасте 183, 60, 720 сут. соответственно — 300—340, 350—370. 370—430 кг/см2.
Содержание в цементном камне значительных количеств несвязанного Са(ОН) г принято рассматривать как отрицательный фактор. В исследуемом известково- кремнезешетом материале благодаря его свойствам и структурным особенностям свободный Са(ОН)2 является своеобразным резервом прочности. Использовать этот резерв представляется возможным, если условия службы конструкции или изделия будут благоприятствовать дальнейшему протеканию процессов гидросиликатпого твердения.
Коррозионную стойкость известково- кремнеземистого материала исследовали в условиях службы изделий в ирригационной системе Северо-Кпымского канала На отдельных участках его минерализация грунтовых вод доходит до 25 г/л (преобладают сернокислые и хлористые соли натрия и магния), что значительно превосходит нормативные концентрации для тонкостенных конструкций на основе обычного портландцемента.
В этом смысле значительный интерес представляют полученные данные о коррозионной стойкости известково-кремнеземистого материала. Особое внимание было уделено изучению водостойкости, воздухостойкости, стойкости в различных агрессивных средах, морозостойкости, сопротивляемости материала, объемным изменениям в результате подсоса и кристаллизации солей.
Повеление материалов в воздушных и водных условиях изучали на образцах- балочках размером 40x40x160 мм из состава, указанного в табл. 2. После гидротермальной обработки и выдерживания во влажных опилках в течение 28 сут. образцы были помешены:
а) в воздушно-влажностные условия (относительная влажность 95%, температура 18°С):
б) в водопроводную воду (температура 18°С):
в) в атмосферные условия (воздействие солнца, ветра, влаги и т. п.).
Начало атмосферных испытаний образцов пришлось на сухое и жаркое время года (июль и август, когда температура была выше 30°С), в результате чего образцы высохли и потеряли влагу.