Гидравлические вяжущие вещества (реакции, протекающие при получении портландцемента, реакции, протекающие при затворении порталнцемента водой) - Основы химии

Сушки (температура материала 100...200 °C - здесь происходит частичное испарение воды); подогрева (200...650 °C - выгорают органические примеси и начинаются процессы дегидратации и разложения глинистого компонента). Например, разложение каолинита происходит по следующей формуле:

Al2O3-2SiO2-2H2O > Al2O3-2SiO2 + 2H2O;

Далее при температурах 600...1 000 °C происходит распад алюмосиликатов на оксиды и метапродукты декарбонизации (900...1 200 °C) происходит декарбонизация известнякового компонента: СаСО 3 > СаО + СО 2, одновременно продолжается распад глинистых минералов на оксиды. В результате взаимодействия основных (СаО, MgO) и кислотных оксидов (Al2O3, SiO2) в этой же зоне начинаются процессы твердофазового синтеза новых соединений (СаО- Al2O3 - сокращенная запись СА, который при более высоких температурах реагирует с СаО и в конце жидкофазового синтеза образуется С 3А), протекающих ступенчато; экзотермических реакций (1 200...1 350 °C) завершится процесс твердофазового спекания материалов, здесь полностью завершается процесс образования таких минералов как С 3А, С 4АF (F - Fe2O3) и C2S (S - SiO2) - 3 из 4 основных минералов клинкера; спекания (1 300>1 470>1 300 °C) частичное плавление материала, в расплав переходят клинкерные минералы кроме C2S, который взаимодействуя с оставшимся в расплаве СаО образует минерал АЛИТ (С 3S) охлаждения (1 300...1 000 °C) температура понижается медленно. Часть жидкой фазы кристаллизуется с выделением кристаллов клинкерных минералов, а часть застывает в виде стекла. Химические реакции. Сразу после затворения цемента водой начинаются химические реакции. Уже в начальной стадии процесса гидратации цемента происходит быстрое взаимодействие алита с водой с образованием гидросиликата кальция и гидроксида:

2(3CaOЧSiO2) + 6Н 2О = 3CaOЧ2SiО 2Ч3H2О + ЗСа(ОН)2.

После затворения гидроксид кальция образуется из алита, так как белит гидратируется медленнее алита и при его взаимодействии с водой выделяется меньше Са(ОН)2, что видно из уравнения химической реакци

И:

2(2CaOЧSiO2) + 4Н 2О = 3CaOЧ2SiO2Ч3H2O + Са(ОН)2.

Взаимодействие трехкальциевого алюмината с водой приводит к образованию гидроалюмината кальция:

ЗСаОЧА 12О 3 + 6Н 2О = ЗСаОЧА 12О 3Ч6Н 2О.

Для замедления схватывания при помоле клинкера добавляют небольшое количество природного гипса (3-5% от массы цемента). Сульфат кальция играет роль химически активной составляющей цемента, реагирующей с трехкальциевым алюминатом и связывающей его в гидросульфоалюминат кальция (минерал эттрингит) в начале гидратации портландцемента:

ЗСаОЧА 12О 3 + 3(CaSO4Ч2H2O) + 26Н 2О = 3CaOЧAl2O3Ч3CaSO4Ч32H2O.

В насыщенном растворе Са(ОН)2 эттрингит сначала выделяется в коллоидном тонкодисперсном состоянии, осаждаясь на поверхности частиц ЗСаОЧА 12О 3, замедляет их гидратацию и затягивает начало схватывания цемента. Кристаллизация Са(ОН)2 из пересыщенного раствора понижает концентрацию гидроксида кальция в растворе, и эттрингит уже образуется в виде длинных иглоподобных кристаллов. Кристаллы эттрингита и обусловливают раннюю прочность затвердевшего цемента. Эттрингит, содержащий 31-32 молекулы кристаллизационной воды, занимает примерно вдвое больший объем по сравнению с суммой объемов реагирующих веществ (С 3А и сульфат кальция). Заполняя поры цементного камня, эттрингит повышает его механическую прочность и стойкость. Структура затвердевшего цемента улучшается еще и потому, что предотвращается образование в нем слабых мест в виде рыхлых гидроалюминатов кальция. Четырехкальциевый алюмоферрит при взаимодействии с водой расщепляется на гидроалюминат и гидроферрит:

4СаОЧА 12О 3ЧFе 2О 3 + mЧН 2О = ЗСаОЧА 12О 3Ч6Н 2О + CaOЧFe2O3ЧnH2O.

Похожие статьи




Гидравлические вяжущие вещества (реакции, протекающие при получении портландцемента, реакции, протекающие при затворении порталнцемента водой) - Основы химии

Предыдущая | Следующая