В статье анализируются процессы и итоги исследования всех видов твердения силикатного кирпича при автоклавной обработке. В тестировании были задействованы модельные смеси Нукусского и Муйнакского песка и 15-25% извести Актауского и Джумуртауского месторождений.
УДК 666.965.2
А.К. ДЖОЛДАСБАЕВ, студент Каракалпакского госуниверситета им. Бердаха, С.Д. ОМАРОВА, канд. техн. наук, Нукусский филиал Ташкентского аграрного университета
Ключевые слова: известь, твердение, бетонная смесь, автоклав, силикатный кирпич, кальций, водный раствор, кварц
Keywords: lime, gyrsum, concrete mix, autoclave, sand lime bricks, calcium, aqueous solution, quartz
Известно, что в зависимости от вида извести и условий, в которых происходит ее твердение, различают три типа твердения: карбонатное, гидратное и гидросиликатное.
Карбонатное твердение – это процесс постепенного затвердевания растворных или бетонных смесей, изготовленных на гашеной извести, при воздействии на них углекислоты. Твердение при этом обусловлено одновременным протеканием двух процессов: кристаллизации гидроксида кальция из насыщенного водного раствора и образования карбоната кальция по реакции:
Са(ОН)2+СО2+nН2О=СаСО3+(n+1)Н2О
Гидратное твердение – это постепенное превращение в твердое камневидное тело известковых растворных и бетонных смесей на молотой негашеной извести. Происходит это в результате взаимодействия такой извести с водой и образования гидроксида кальция.
При автоклавной обработке в результате взаимодействия извести с кремнеземом образуются значительные количества гидросиликатов кальция, обеспечивающих высокую прочность и долговечность получаемых изделий.
Для проведения исследований были приготовлены модельные смеси для производства силикатного кирпича по традиционной технологии: 75-85% Нукусского и Муйнакского песка и 15-25% извести Актауского и Джумуртауского месторождений.
Перед приготовлением расчетных смесей используемая известь гасилась отдельно до активности 90,1% и затем добавлялась в смесь. Перемешивание смесей производили в лабораторной мельнице.
Из приготовленных смесей формовали образцы призмы размерами 7,5х3,5х1,2 см при давлении 0,8 МПа. Приготовленные образцы переносили в лабораторный автоклав и подвергали гидротермальной обработке.
На основании многочисленных экспериментов был подобран следующий оптимальный режим обработки. Подъем давления пара в автоклаве до 0,8 МПа проводится в течение 2 часов. Время выдержки при оптимальном давлении (0,8 МПа) длится 6 часов. Выпуск пара и снижение давления до 0,5 МПа в течение 1 часа. Выпуск пара и снижение давления до атмосферного – в течение 2 часов. Общая продолжительность всего цикла: 2+6+1+2=11 часов.
С помощью рентгенофазового анализа изучали фазовые новообразования опытного состава силикатного кирпича через 7, 28, 180 суток после автоклавирования.
По данным рентгенофазового анализа, в гидратированном силикатном кирпиче наблюдаются четко выраженные интенсивные дифракционные максимумы кварца (d=0,334; 0,245; 0,197; 0,181 нм) и γ-гидрата С2S (d=0,224; 0,208; 0,187 нм). Гидратированные образцы силикатного кирпича 28-суточного твердения на рентгенограмме обнаруживают четкие дифракционные максимумы кварца (d=0,334; 0,181 нм), тоберморита (d=0,307; 0,280; 0,167; 0,161 нм) низкоосновных гидросиликатов типа С-S-H(В) (d=0,240; 0,210; 0,183 нм).
Образцы после твердения в течение 180 суток обнаруживают четкие дифракционные максимумы кварца (d=0,334; 0,280; 0,197 нм), тоберморита (d=0,307; 0,280; 0,252; 0,247; 0,183; 0,171; 0,167 нм) и С2SH(С) (d=0,280; 0,269; 0,252; 0,247; 0,218; 0,208; 0,192; 0,187 нм).
На кривых ДТА образцов в 7-суточном возрасте твердения после автоклавирования появляются эндотермические эффекты при температурах 260°С и 560-580°С, которые соответствуют дегидратации С2SH(С), эндоэффект при 630°С соответствует полиморфному переходу γ-С2S на β-С2S.
На кривых ДТА образцов 28-суточного твердения представлена дегидратация воды C-S-H (B) в интервале температур от 580°С до 780°С. Дегидратация тоберморита происходит при 270°С.
По данным ДТА образцов 180-суточного твердения нормального хранения после автоклавирования, происходит дегидратация: γ-С2S переходит в β-С2S. При 280°С тоберморит теряет гидратную воду и дегидратируется.
ИК спектры образцов 7-суточного твердения после автоклавирования (рис. 4) дают полосу с частотой 870 см-1, принадлежащую валентным симметричным колебаниям тетраэдра SiO4-4.
Интенсивность полосы поглощения валентных колебаний воды (3420 см-1) в межслоевом пространстве значительно уменьшилась. Частота деформационных колебаний воды понизилась до 1780 см-1. Поскольку интегральная интенсивность полосы поглощения зависит от свойств возмущающей ОН–группу водородной связи, ослабление поглощения можно считать изменением силового поля связанных молекул воды в силикатном кирпиче.
Образцы 28-суточного твердения на ИК-спектре показывают пик с частотой 870 см-1, принадлежащий валентным симметричным колебаниям тетраэдров SiO4-4. Полосы поглощения в областях 747 и 1027 см-1 принадлежат тоберморитам. Интенсивность полосы поглощения валентных колебаний воды (3420 см-1) в межслоевом пространстве значительно уменьшается. Частота деформационных колебаний воды понизилась до 1780 см-1.
При 180-суточном твердении на ИК-спектре также наблюдается полоса с частотой 870 см-1, принадлежащая валентным симметричным колебаниям тетраэдров SiO4-4. Полосы поглощения в областях 580 и 2844 см-1 принадлежат γ-С2S. Интенсивность полосы поглощения валентных колебаний воды (3420 см-1) в межслоевом пространстве значительно уменьшается. Частота деформационных колебаний воды понизилась до 1780 см-1.
Электронно-микроскопические снимки исследования образцов, изготовленных из извести и барханного песка после автоклавной обработки, показали, что он состоит в основном из сильно корродированных мелких зерен кварца, окруженных волокнистыми беспорядочно расположенными образованиями гидросиликата кальция. Показатель преломления гидросиликата – Ncp=1,530-1,536. Имеются единичные пластинки гидрата оксида кальция Са(ОН)2. Он представляет собой типичный портландит. Замерами в иммерсионных жидкостях определены оптические константы: Nq=1,580; Np =1,560. Местами встречаются бурые непросвечивающиеся гелеобразные продукты с показателем преломления – Ncp=1,460. Такой низкий показатель свойственен только гелю SiO2. Присутствие в одном и том же образце геля SiO2 и Са(ОН)2 наряду с продуктом их взаимодействия – гидросиликатом кальция – свидетельствует о большей скорости растворения кремнеземистого компонента по сравнению со скоростью реакции между ним и гидроксидом кальция.
Таким образом, следует вывод о том, что практически вся известь при гидратации опытных смесей расходуется на приобретение пластичности смеси, что очень важно для улучшения формовки кирпича, а также при автоклавировании, при химическом взаимодействии с оксидами кремния, железа и алюминия, находящимися в барханных песках. Однако та часть извести, которая пластифицирует смесь, в конечном счете после твердения кальцинируется.
Библиографический список
1. Larbi J.A., Bijen J.M. Effekt ofwater-cement ratio quantity and fineness of Sand on the evolution of lime in Set Portland cement systems // Cem. and Coner. Res. V. 20, №5, 1990, pp. 783-794.
2. Lone R.O., Best J.F. Properties and Use of Fly Ash in Portland Cement Concrete // Concrete International. 1992. V. 4. №7, pp. 81-92.
3. Opoczky L. Konosalak mechanical ai akte-valasa finorlessel // Epitonyag. V. 42, №3, 1990, pp. 81-84.
