Для студентов обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций»

Минеральные вяжущие вещества

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент представляет собой тонкоизмельченную смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворенную водным раствором силиката натрия или калия. В результате физико-химических процессов между растворимым стеклом и кремиефтористым натрием смесь постепенно утрачивает пластические свойства и превращается в камень, способный противостоять   действию   большинства минеральных и органических кислот. Но при постоянном воздействии воды бетоны и растворы на этом вяжущем разрушаются.

Кислотоупорный цемент применяют в конструкциях и аппаратах, подвергающихся воздействию кислых сред, в особенности в химической промышленности, а также для приготовления кислотоупорных замазок, растворов и бетонов.

По данным большинства исследователей, кварцевый песок в цементе при обычных условиях твердения служит кислотостойким наполнителем, хотя предполагают, что возможно также взаимодействие между ним и жидким стеклом с образованием щелочных силикатов, способных постепенно твердеть, превращаясь в искусственный камень.

Как уже указывалось, для приготовления кислотоупорного цемента используют натриевое и калиевое растворимые стекла. Применяют преимущественно более дешевое натриевое стекло. Его получают обжигом смеси кварцевого песка с содой или сульфатом натрия при 1300—1400°С. При охлаждении расплава стекла образуется твердая масса, называемая силикат-глыбой. Последнюю растворяют в воде, применяя для этого обработку кусков материала паром под давлением 0,6— 0,8 МПа (изб.) в автоклаве.

Химический состав жидкого стекла (натриевого и калиевого) обычно характеризуют формулой R20-rtSi02, в которой п — так называемый модуль стекла, представляющий собой отношение числа грамм-молекул кремнезема к 1 грамм-молю того или иного оксида щелочного металла R20. Часто применяют натриевое стекло с модулем 2,6—3,4 и калиевое — с модулем 3—4. Растворимые стекла с повышенным модулем более стойки к воздействию кислот. Чем выше модуль растворимого стекла, тем больше в нем коллоидного кремнезема и выше клеящие свойства такого растворимого стекла.

Натриевое жидкое стекло (ГОСТ 13079—81) используют для изготовления кислотоупорных цементов и бетонов, жароупорных и огнеупорных бетонов, огнезащитных обмазок и силикатизации грунтов; калиевое жидкое стекло — для приготовления силикатных красок, мастик и кислотостойких бетонов и растворов.

Растворимое стекло может затвердевать только на воздухе. Сущность процесса его твердения в таких условиях заключается в испарении жидкой фазы, повышении концентрации свободного коллоидного кремнезема, его последующей коагуляции и уплотнении. В твердении растворимого стекла участвует и углекислота воздуха. В водном растворе жидкого стекла содержится больше или меньше NaOH, препятствующего выпадению из раствора кремниевой кислоты. Углекислота воздуха, нейтрализуя NaOH, способствует коагуляции кремнекислоты и более быстрому затвердению растворимого стекла на воздухе. Однако глубина проникания углекислоты воздуха сравнительно невелика и положительное ее действие наблюдается только на поверхности.

Существенно ускоряет процесс твердения растворимого стекла добавка к нему кремнефтористого натрия Na2SiF6. Это объясняют взаимодействием его с силикатом натрия в водном растворе по схеме Na9SiFs-f-+6H20+2Na2Si03 = 6NaF+3Si (ОН) 4.

В результате силикат натрия разлагается с образованием геля кремниевой кислоты — клеящего вещества, что приводит к быстрому твердению системы.

Вместо кварцевого песка при изготовлении кислотоупорного цемента можно применять и другие не разлагаемые кислотами материалы (андезит, бештаунит, базальт и т. п.).

Смесь тонкоизмельченного кварцевого песка и кремнефтористого натрия затворяют обычно водным раствором силиката натрия плотностью 1,345, взятым в количестве 25—30 % по массе песка. Содержание же Na2SiF6 в смеси должно находиться в пределах 10—15 % массы растворимого стекла.

В зависимости от назначения кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент может быть двух типов: тип I предназначен для кислотоупорных замазок; тип II — для растворов и бетонов. Количество кремнефтористого натрия в цементе типа I должно быть 4±0,5 %, а в цементе типа II — 8±0,5 % по массе. Цемент типа II при приготовлении растворов обычно затворяют натриевым жидким стеклом.

По стандарту тонкость помола цемента обоих типов должна характеризоваться остатком на ситах № 008 и 0056 соответственно не более 10 и 30 %.

Начало и конец схватывания должны наступать для цемента типа I соответственно не ранее 40 мин и 8 ч, а для типа II — 20 мин и 8 ч. Кислотостойкость цементов обоих типов определяется кипячением порошка в кислоте, при этом потери в массе не должны превышать 7 %.

Механические показатели кислотоупорного цемента характеризуются пределом прочности при растяжении восьмерок, изготовленных из цементного теста нормальной густоты и испытанных в возрасте 28 сут после их твердения в воздушно-сухих условиях. При этом прочность при хранении на воздухе без кипячения в серной кислоте, а также после дополнительного кипячения в серной кислоте должна быть не менее 2 МПа.

Предел прочности при сжатии кислотоупорного цемента стандарт не устанавливает. При оптимальном подборе состава кислотоупорного цемента и зернового состава заполнителей получают кислотоупорные бетоны с прочностью до 30—40 МПа.

Основное достоинство и принципиальное отличие'кислотоупорного цемента от других минеральных вяжущих веществ — его способность сопротивляться действию минеральных кислот, за исключением фтористоводородной и кремнефтористоводородной. При этом с повышением концентрации кислоты кпслотостойкость цемента возрастает. Объясняется это тем, что при разбавленных кислотах, т. е. при высоком содержании в них воды, свободный силикат натрия или фтористый натрий выщелачиваются. По этим же причинам бетой на кислотоупорном цементе обладает пониженной водостойкостью.

Для повышения кислотостойкое кислотоупорных бетонов рекомендуется обрабатывать их поверхность разбавленной соляной или серной кислотой, раствором хлористого кальция или хлористого магния. Повышение кис-лотостойкости объясняется при этом в основном увеличением плотности в результате закупорки поверхностных пор продуктами реакции жидкостей, применяемых для обработки, с натриевыми солями цементного камня. При этом повышается водостойкость.

Возможность применения кислотоупорного цемента на жидком стекле как в концентрированной, так и в слабой щелочной среде исключена. Щелочи, кипящая вода, водяной пар легко разрушают этот цемент. Не допускается применять его при температуре ниже —20 °С. При~ сутствие кремнефтористого натрия в цементе обусловливает его токсичность. Это следует учитывать, применяя кислотоупорный кремяефтористый цемент в строительстве объектов пищевой промышленности.