Растворимое стекло как вяжущее жаростойкого бетона
Жидкое стекло представляет собой растворенные щелочные силикаты, характеризующиеся статической неупорядоченностью и свойствами кристаллических силикатов.
Природа жидкого стекла также двойственна: с одной стороны, оно ведет себя как раствор электролитов, а с другой — как раствор полимеров. Экспериментально доказано, что жидкое стекло проявляет свойства ионных, коллоидных и полимерных растворов.
Изучением процессов схватывания и твердения композиций на жидком стекле занимались многие исследователи, однако до настоящего времени не удалось удовлетворительно решить этот вопрос.
Проведенными работами доказано, что свойства материалов на жидком стекле в большой степени зависят от свойств вводимой добавки; так, например, введение кремнефтористого натрия позволяет получать кислотостойкие, но не водостойкие материалы, так как сам кремнефтористый натрий растворяется в воде. При замене кремнефтористого натрия на водостойкие, но не кислотостойкие силикаты кальция были получены водостойкие материалы, однако стойкость их в кислотах, по сравнению со стойкостью материалов с добавкой кремнефтористого натрия, значительно снизилась.
В последнее время разработаны составы вяжущих на основе жидкого стекла с добавкой различных силикатов кальция. При введении в жидкое стекло 3Ca0-Si02 происходит интенсивное их взаимодействие. По данным рентгенограммы 3Ca0-Si02, затворенного жидким стеклом, можно сделать вывод, что между жидким стеклом и трехкальциевым силикатом происходит химическое взаимодействие с образованием гидросиликата тина тоберморита. Линии, характерные для гидрата окиси кальция, на рентгенограмме отсутствуют.
Введение 2Ca0-Si02 как в Р-, так и у-форме в жидкое стекло не вызывает между составляющими химического взаимодействия, что подтверждено микроскопическим и рентгенографическим исследованиями. При затворении однокальциевого силиката жидким стеклом рентгенограмма его также не изменяется. Под электронным микроскопом в образце CaO-Si02, затворенного жидким стеклом, видны спайные сколы негидратированных зерен CaO- Si02.
При определении структурной прочности твердеющей смеси p2CaOSi02 с жидким стеклом обращает на себя внимание быстрое структурообразование. Однако в отличие от смесей на жидком стекле с добавкой 3CaO-Si02 процесс структурообразования начинается не сразу, а через 2 мин после за- творения, что отвечает срокам схватывания и тепловыделения.
Структурообразование смесей жидкого стекла с y2Cad-Si02 начинается через 9 мин после затворения. В дальнейшем нарастание прочности протекает аналогично нарастанию пластической прочности образцов с p2CaO-Si02.
Для смесей жидкого стекла с CaO-Si02 начало структурообразования наступает через 47 мин после затворения. В дальнейшем скорость нарастания прочности увеличивается, однако она значительно меньше скорости нарастания прочности смесей с р- или y2Ca0-Si02.
Процесс структурообразования смесей на жидком стекле с Na2SiF6 начинается через 187 мин.
В таблице приведены результаты определения прочности при сжатии вяжущих, состоящих из жидкого стекла, тонкомолотого шамота и различных добавок в зависимости от времени выдерживания в сутках.
Развитие процесса твердения образцов на жидком стекле с СаО во времени практически не наблюдается, в то время как образцы с р-и y2Ca0-S:02 и CaO-Si02 приобретают довольно высокие значения прочностей. Для образцов с 3Ca0-Si02 зо времени также наблюдается некоторый рост прочности, хотя абсолютные значения прочности значительно ниже прочности с добавкой р- и у 2СаОХ XSi02 и CaO-Si02.
Б результате проведенных исследований со3даны новые вяжущие и «а их основе разработаны соСТавы жаростойких бетонов с различными свойствами.
Введение нефелиновою шлама, содержащего в основном р 2Ca0-Si02, позволило создать как тяжелые, так и легкие жаростойкие бетоны с температурой применения на 200° выше по сравнению с температурой применения жаростойкого бетона с кремнефтористым натрием. Кроме нефелинового шлама с жаростойких бетонах используют шлаки различных производств.
Полученные новые вяжущие на основе растворимого стекла и новых видов добавок позволили создать жаростойкий газобетон с температурой применения до 1200°С, прочностью при сжатии при объемной массе 600 кг/м2, 20 кгс/см2 и теплопроводностью при средней температуре 700°С 0,3 ккал/м ¦ ч ¦ град.
В настоящее время новые виды жаростойких бетонов на основе растворимого стекла находят широкое применение в качестве футеровочного и строительного материала в печах цветной и черной металлургии, в химической и нефтехимической промышленности, в авиационной и промышленности строительных материалов.
Выводы
Жидкие стекла представляют собой очень сложные растворы, которые сочетают в себе свойства истинных, коллоидных, а также растворов, содержащих полимерные образования.
Для обеспечения процессов твердения необходимо введение в композции на жидком стекле добавок, способных с составляющими жидкого стекла образовывать полимерные соединения. К таким добавкам могут быть отнесены соединения, содержащие кремнезем.
Добавки, вводимые в материалы на жидком стекле для обеспечения их твердения, не должны образовывать с его составляющими новых химических соединений.
При введении в жидкое стекло окиси или гидроокиси кальция наблюдается химическое взаимодействие с образованием силиката тоберморита подобного типа и твердение вяжущего практически не обеспечивается.
Кремнефтористый натрий частично входит в химическое взаимодействие с составляющими жидкого стекла, однако большая часть его обеспечивает, по-видимому, образование полимерных соединений большой прочности.
Соли кремневой кислоты, в особенности силикаты кальция, если они не вызывают химического взаимодействия с составляющими жидкого стекла, обеспечивают процессы твердения. Это вызывается, по-видимому, тем, что силикаты, обладая большой способностью к полимеризации, связываются в полимерные соединения.
Разработаны новые виды вяжущих на основе растворимого стекла и созданы жаростойкие бетоны с различными свойствами.