Меню

Жидкое стекло кислотоупорный кварцевый цемент



ГЛАВА 17. КИСЛОТОУПОРНЫЙ КВАРЦЕВЫЙ ЦЕМЕНТ И ЖИДКОЕ СТЕКЛО

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.

Читайте также:  Цемент подкладочные пломбировочные материалы

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.

Источник

Жидкое стекло и кислотоупорный цемент

Жидкое стекло — коллоидный водный раствор растворимого силиката натрия (ГОСТ 13079—81) или силиката калия плотностью 1,3. 1,5 г/см3 при содержании воды 50. 70 %. Величина т указывает на отношение числа молекул кремнезема к числу молекул щелочного оксида и называется силикатным модулем стекла.
Для натриевого стекла т составляет 2,61. 3,5, для калиевого — 3. 4. Качество жидкого стекла характеризуют модулем т и плотностью. Чем выше модуль, тем выше качество жидкого стекла. Плотность характеризует концентрацию стекла.

Растворимый силикат натрия получают, сплавляя кварцевый песок с содой, а силикат калия —сплавлением песка с поташом.
Стекло варят в стекловаренных печах при температуре 1400 °С. Когда разлитый расплав застывает, образуются прозрачные различных оттенков куски стекла, называемые силикат-глыбой.
Раздробленные куски стекла растворяют в воде в автоклаве при температуре 120. 150°С и давлении пара 0,6. 0,8 МПа. В результате получают жидкое натриевое или калиевое стекло.

Часто на строительство жидкое стекло поступает повышенной плотности, его на месте работы приходится разбавлять водой Необходимое количество воды.
Жидкое стекло перевозят в бочках, хранят в закрытых отапливаемых складах.
В строительстве обычно применяют натриевое жидкое стекло плотностью 1300. 1500 кг/м3 и модулем 2,6. 3. Его применяют для изготовления кислотоупорных и жароупорных бетонов, штукатурок, замазок, уплотнения грунтов.

Калиевое жидкое стекло более дорогое; его применяют для изготовления силикатных красок, клеящих составов; оно не дает на штукатурке и окраске высолов, чем выгодно отличается от натриевого жидкого стекла.
Жидкое стекло — воздушное вяжущее, твердеет медленно — в результате слипания и уплотнения частиц свободного кремнезема при испарении воды и воздействия углекислого газа воздуха.

Ускорить процесс твердения и получить при этом водонерастворимые продукты можно добавкой фторосиликата натрия . При взаимодействии жидкого стекла с фторосиликатом натрия об разуется водонерастворимый фторид натрия и гидроксид кремния. На этом основано твердение кислотоупорного цемента.

Кислотоупорный кварцевый цемент — тонкомолотый порошок, получаемый совместным помолом кислотоупорного материала (кварцевого песка, бештаунита или андезита) и фторосиликата натрия (4. 14 %); допускается смешивать раздельно измельченныематериалы.
Вяжущими свойствами этот цемент не обладает. Его затворяют жидким стеклом (плотностью 1360. 1380 кг/м3 и модулем 2,8. 3,0), которое и является вяжущим.

Кислотоупорный цемент быстро схватывается; начало схватывания наступает через 20. 60 мин после затворения в зависимости от содержания в нем фторосиликата натрия. Твердеет цемент в воздушно-сухих условиях и при положительной температуре.
Кислотоупорный кварцевый фторосиликатный цемент через 28 сут твердения должен иметь предел прочности при растяжении не менее 2 МПа.
Работая с таким цементом, необходимо помнить, что фторосиликат натрия — ядовитое вещество, и строго соблюдать требования техники безопасности, не допускать попадания цемента на слизистые оболочки и дыхательные пути.

Кислотоупорный цемент применяют для изготовления кислотостойких растворов, бетонов, замазок, обмазок, для футеровки химических аппаратов, устройства кислотостойких полов. Кислотоупорные растворы и бетоны, будучи стойкими в кислотах (кроме фосфорной, фтористоводородной и кремнефтористоводородной), теряют прочность в воде, а в едких щелочах разрушаются.

Источник

Растворимое стекло и кислотоупорный цемент: описание,виды,фото

Растворимое стекло силикаты натрия (Na2O•mSiO2) или калия (К2О•mSiO2), где m — модуль стекла, находящийся в пределах для натриевого стекла 2,0…3,5, а для калиевого 3,5…4,5. Растворимое стекло получают сплавлением смеси кварцевого песка соответственно с содой Na2CO3 (или сульфатом натрия Na2SO4) и поташем К2СО3 в стеклова­ренных печах при 1300…1400°С. Образовавшийся расплав быстро охлаждают. При этом он распадается на полупрозрачные желто-зеле­ные куски, называемые силикат-глыбой.

В строительстве обычно используют раствор силикат-глыбы в воде — жидкое стекло (в быту такой раствор называют силикатный клей).
Растворение производится в автоклаве насыщенным паром. Плотность раствора 1,5…1,3 г/см 3 , что соответствует концентрации раствора 70…50 %.

При растворении в воде силикаты натрия и калия гидролизуются с образованием коллоидного раствора кремневой кислоты Si(OH)4 и соответствующих щелочных гидроксидов. В этих условиях (рН = 12…13) раствор кремневой кислоты относительно стабилен. Жидкое стекло имеет повышенную вязкость из-за того, что кремнекислота в нем находится в полимеризованном виде. При обезвоживании (испа­рении или отсасывании воды) или при нейтрализации щелочей (на­пример, углекислым газом воздуха) раствор теряет стабильность и переходит в гель, уплотняющийся со временем и приобретающий значительную прочность. Так, растворимое стекло проявляет вяжущие свойства. В обычных условиях этот процесс может идти очень долго, поэтому используют добавки — ускорители твердения.

Читайте также:  Цемент раствор фундамент пропорции

Жидкое стекло применяют для изготовления кислотоупорных и жаростойких за­мазок и бетонов, а также как связующее в силикатных красках (только калиевое стекло).

Кислотоупорный цемент изготовляют из тонко измельченной смеси кислотоупорного наполнителя (кварца, диабаза, андезита и т. п.) и ускорителя твердения — кремнефтористого натрия Na2SiF6. Название «цемент» для такого порошка имеет условный характер, так как сам он вяжущими свойствами не обладает и при смешивании с водой не твердеет. Вяжущим веществом в таких цементах является жидкое стекло, которым этот «цемент» и затворяют.

Ориентировочное количество Na2SiF6 от массы растворимого стекла (т. е. сухого вещества в составе жидкого стекла) в кислотоупорных растворах и бетонах составляет 10…15 %.

Сроки схватывания кислотоупорного цемента: начало — не ранее 20 мин., конец — не позднее 8 ч. У этого цемента нормируется предел прочности при растяжении после 28 суток твердения — не менее 2,0 МПа. Прочность при сжатии бетонов на кислотоупорном цементе составляет 20…60 МПа.

Основным достоинством и отличием кислотоупорного цемента от других неорганических вяжущих является способность работать в условиях действия большинства кислот (за исключением плави­ковой и фосфорной).

Кислотостойкость — сохранение массы при испытании в кислоте — не менее 93 %.

Однако при длительном воздействии воды, пара и растворов ще­лочей бетоны и растворы на жидком стекле теряют прочность.

Воздушная известь

Известь известна человечеству не одно тысячелетие и все это время активно используется им в строительстве и многих других отраслях. Это объясняется доступностью сырья, простотой технологии и доста­точно хорошими свойствами извести.

Сырьем для получения извести служат широко распространенные осадочные горные породы: известняки, мел, доломиты, состоящие преимущественно из карбоната кальция (СаСО3). Если куски таких пород прокалить на огне, то карбонат кальция перейдет в оксид кальция:

После прокаливания куски, теряя с углекислым газом 44 % своей массы, становятся легкими и пористыми. При смачивании водой они бурно реагируют с ней, превращаясь в тонкий порошок, а при избытке воды в пластичное тесто. Этот процесс, сопровождающийся сильным выделением теплоты и разогревом воды вплоть до кипения, называют гашением извести. Образующееся при избытке взятой воды пластичное тесто используют в качестве вяжущего. При испарении воды тесто загустевает и переходит в камневидное состояние. Недостаток извести — медленное твердение: процесс набора прочности твердею­щей известью растягивается на годы и десятилетия. В реальные сроки строительства прочность затвердевшей извести, как правило, не пре­вышает 0,5…2 МПа.

Производство.

Сырье — карбонатные породы (известняки, мел, доломиты), содержащие не более 6…8 % глинистых примесей, обжи­гают в шахтных или вращающихся печах при температуре 1000… 1200° С. В процессе обжига СаСО3 и MgCO3, содержащиеся в исходной породе, разлагаются на оксиды кальция СаО и магния MgO и углекислый газ. Неравномерность обжига может привести к образованию в извести недожога и пережога.

Недожог (неразложившийся СаСО3), получающийся при слишком низкой температуре обжига, снижает качество извести, так как не гасится и не обладает вяжущими свойствами.

Пережог образуется при слишком высокой температуре обжига в результате сплавления СаО с примесями кремнезема и глинозема. Зерна пережога медленно гасятся и могут вызвать растрескивание и разрушение уже затвердевшего материала.

Куски обожженной извести — комовая известь — обычно подвер­гают гашению водой:

Выделяющаяся при гашении теплота резко повышает температуру извести и воды, которая может даже закипеть (поэтому негашеную известь называют кипелкой).

При гашении куски комовой извести увеличиваются в объеме и распадаются на мельчайшие (до 1 мкм) частицы.

В зависимости от количества взятой для гашения воды получают: гидратную известьпушонку (35…40 % воды от массы извести, т. е. в количестве, необходимом для протекания реакции гидратации — про­цесса гашения); известковое тесто (воды в 3…4 раза больше, чем извести), известковое молоко (количество воды превышает теоретиче­ски необходимое в 8… 10 раз).

Виды воздушной извести.

По содержанию оксидов кальция и магния воздушная известь бывает:

кальциевая — MgO не более 5 %;

магнезиальная — MgO > 5…20 %;

доломитовая — MgO > 20…40 %.

По виду поставляемого на строительство продукта воздушную известь подразделяют на негашеную комовую (кипелку), негашеную порошкообразную (молотую кипелку) и гидратную (гашеную, или пушонку).

Негашеная комовая известь предстаатяет собой мелкопористые куски размером 5…10см, получаемые обжигом известняка. В зависи­мости от содержания, активных СаО + MgO и количества негасящихся зерен комовую известь разделяют на три сорта.

По скорости гашения комовая известь бывает:

Вид извести Время достижения максимальной температуры, мин
Быстрогасящаяся Среднегасящаяся Медленногасящаяся 25

Негашеную порошкообразную известь получают помолом комовой в шаровых мельницах в тонкий порошок. Часто в известь во время помола вводят активные добавки (гранулированные доменные шлаки, золы ТЭС и т. п.) в количестве 10…20 % от массы извести. Порошко­образная известь, как и комовая, делится на три сорта.

Читайте также:  Заделка стен цементным раствором

Преимущество порошкообразной извести перед комовой состоит в том, что при затворении водой она ведет себя подобно гипсовым вяжущим: сначала образует пластичное тесто, а через 20…40 мин схватывается. Это объясняется тем, что вода затворения, образующая тесто, частично расходуется на гашение извести.

При использовании порошкообразной извести воды берут 100…150 % от массы извести в зависимости от качества извести и количества активных добавок в ней. Определяют количество воды опытным путем.

Гидратная известь (пушонка) — тончайший белый порошок, получа­емый гашением извести, обычно в заводских условиях, небольшим количеством воды (несколько выше теоретически необходимого). При гашении в пушонку известь увеличивается в объеме в 2…2,5 раза. Насып­ная плотность пушонки — 400…450 кг/м 3 ; влажность — не более 5 %.

Гашение извести можно производить как на строительстве объекта, так и централизованно. В последнем случае гашение совмещается с мокрым помолом непогасившихся частиц, что увеличивает выход извести и улучшает ее качество.

На строительстве известь гасят в гасильных ящиках (творилах). В ящик загружают комовую известь не более чем на 1/3 его высоты (толщина слоя обычно около 100 мм), поскольку при гашении известь увеличивается в объеме в 2,5…3,5 раза. Быстрогасящуюся известь заливают сразу большим количеством воды, чтобы не допустить пере­грева и кипения воды, медленногасящуюся — небольшими порциями, следя за тем, чтобы известь не охладилась. Из 1 кг извести в зависимости ох ее качества получается 2…2,5 л известкового теста. Этот показатель называют «выход теста».

Воздушная известь — единственное вяжущее, которое превра­щается в тонкий порошок не только размолом, но и путем гашения водой.

Колоссальная удельная поверхность частиц Са(ОН)2 и их гидрофильность обусловливает большую водоудерживающую способность и пластичность известкового теста. После отстаивания известковое тесто содержит около 50% твердых частиц и 50% воды. Каждая частица окружена тонким слоем адсорбированной воды, играющей роль свое­образной смазки, что обеспечивает высокую пластичность известко­вого теста и смесей с использованием извести.

По окончании гашения жидкое известковое тесто через сетку сливают в известехранилище, где его выдерживают до тех пор, пока полностью не завершится процесс гашения (обычно не менее двух недель). Известковое тесто с размером непогасившихся зерен менее 0,6 мм можно применять сразу. Крупные непогасившиеся зерна опасны тем, что среди них могут быть пережженные зерна (пережог).

Содержание воды в известковом тесте не нормируется. Обычно в хорошо выдержанном тесте соотношение воды и извести около 1:1.

Твердение.

Известковое тесто состоит из насыщенного водного раствора Са(ОН)2 и мельчайших нерастворившихся частиц извести; По мере испарения из него воды образуется пересыщенный раствор Са(ОН)2, из которого выпадают кристаллы, увеличивающие содержание твердой фазы. При этом происходит усадка твердеющей системы, которая в определенных условиях (например, при твердении известковой смеси на жестком основании — штукатурный слой) может вызвать растрескивание материала. Поэтому известь всегда применяют с заполнителями (например, известково-песчаные растворы) или в смеси с другими вяжущими для придания материалу пластичности.

Известковое тесто, защищенное от высыхания, неограниченно долго сохраняет пластичность, т. е. у такой извести «отсутствует» процесс схватывания. Затвердевшее известковое тесто при увлажнении вновь переходит в пластичное состояние (известь — неводостойкий материал).

Однако при длительном твердении (десятилетия) известь приобре­тает довольно высокую прочность и относительную водостойкость (например, в кладке старых зданий). Это объясняется тем, что на воздухе известь реагирует с углекислым газом, образуя нерастворимый в воде и довольно прочный карбонат кальция, т. е. как бы обратно переходит в известняк:

Процесс этот очень длительный, и полной карбонизации извести практически не происходит.

Существует мнение, что при длительном контакте извести с квар­цевым песком в присутствии влаги между этими компонентами про­исходит взаимодействие с образованием контактного слоя из гидро­силикатов. Это так же повышает прочность и водостойкость бетонов и кирпичной кладки на извести, имеющих возраст более 200…300 лет.

Применение, транспортирование, хранение.

Воздушную известь применяют для приготовления кладочных и штукатурных растворов как самостоятельное вяжущее, так и в смеси с цементом; при произ­водстве силикатного кирпича и силикатобетонных изделий; для полу­чения смешанных вяжущих (известково-шлаковых, известково-зольных и др.) и для красок.

Негашеную известь, особенно порошкообразную, при транспорти­ровании и хранении предохраняют от увлажнения. Порошкообразная известь — кипелка гасится даже влагой, содержащейся в воздухе. Мак­симальный срок хранения молотой извести в бумажных мешках 25 сут, в герметичной таре (металлические барабаны) — не ограничен.

Комовую известь транспортируют навалом в закрытых вагонах и автомашинах, порошкообразную — в бумажных мешках, а также в специальных автоцистернах. В таких же цистернах перевозят пушонку и известковое тесто.

Хранят комовую известь в сараях с деревянным полом, поднятым над землей на 30 см. Недопустимо попадание на известь воды, так как это может вызвать ее разогрев и пожар. На складах извести тушение пожара водой запрещается.

Источник