Жидкое стекло кислотоупорный цемент получение применение

Огнеупорные и кислотоупорные цементы в строительстве

Одним из актуальных эксплуатационных свойств цементов являются их огне- и кислотостойкость. Обычные растворы на основе портландцемента теряют прочность уже при 250 °С, а при 500 °С начинают активно разрушаться. Содержание кислот в окружающей среде также пагубно влияет на прочность и долговечность строительного материала.

Как высокая температура и кислоты разрушают изделия из цемента

В составе цементных растворов содержится гидроксид кальция – продукт гашения извести водой. При нагревании происходит его разложение до оксида кальция и воды, испаряющейся в окружающую среду. После остывания образовавшийся оксид кальция (негашеная известь) начинает интенсивно впитывать влагу из воздуха, вступая с ней в реакцию.

Кислоты, содержащиеся в воде, вступают во взаимодействие с соединениями кальция, постепенно вымывая их из цементного раствора. Даже слабая угольная кислота, образующаяся при растворении углекислого газа в воде, оказывает весьма разрушительное действие. Сохранить термическую устойчивость и противостоять кислотам позволяет специальный химический состав.

Производство и компоненты

Для придания материалу свойства термической стабильности применяются два пути:

• введение в состав обычного портландцемента специальных химических добавок, препятствующих возникновению оксида кальция при нагревании. В качестве таких добавок применяется кремнезем (оксид кремния) и фосфаты щелочных металлов. При повышении температуры образуются силикаты или фосфаты кальция, практически не подверженные дальнейшему температурному воздействию;
• использование специальных, не чувствительных к нагреву композиций. Наиболее популярным и используемым является высокоглиноземистый цемент.

В состав материала входят очищенные бокситы с высоким содержанием глинозема (оксида алюминия) и известняк (карбонат кальция). Конечное содержание глинозема составляет не менее 60 %, а оксида кальция – не более 35-40 %. Примеси оксидов других элементов незначительны и составляют в сумме 3-5 %.

Получение термостойкого цемента заключается в тщательном смешивании компонентов и последующем обжиге. Образующиеся при этом конгломераты или брикеты называются клинкером и подвергаются дроблению и просеиванию.

В состав кислотоупорного цемента входит кремнезем как наполнитель, кремнефтористый натрий (фторосиликат натрия) как ускоритель затвердевания и силикат натрия (жидкое стекло). Кремнефтористый натрий придает смеси дополнительные водоотталкивающие (гидрофобные) и кислотоустойчивые свойства.

Пропорции кремнезема и жидкого стекла составляют примерно 4 к 1 (в зависимости от нужных свойств и задачи). Содержание фторосиликата натрия в цементах, используемых для приготовления бетонов, составляет 8 %. Если цемент используется для замазок стыков и дефектов, доля фторосиликата не превышает 4 %.

Готовят кислотоупорный цемент путем заливки смеси фторосиликата и кремнезема жидким стеклом. Полученная смесь применяется только на воздухе, в связи с участием углекислого газа из воздуха в процессе схватывания.

Упаковки огнеупорного и кислотоупорного цементов

Эксплуатационные свойства жаропрочного цемента

Приготовленные на основе портландцемента смеси имеют классические показатели прочности. Допустимый предел при проверке на сжатие составляет от 200 до 600 МПа/см2.

Следует отметить, что термическая стабильность таких составов проявляется при температурах не более 400-500 °С. Длительное воздействие открытого пламени или раскаленных предметов уменьшает прочность цементов и приводит к возникновению дефектов.

Наиболее жаростойкие цементы, выполненные на основе глинозема, выдерживают все достижимые в быту температуры. Высокоглиноземистые покрытия обладают термостабильностью порядка 1600 °С и выше. Повышение температуры эксплуатации приводит к увеличению жаропрочности, поскольку происходит спекание цементной массы до керамического состояния.

Платой за высокую огнестойкость глиноземистого цемента является меньшая прочность. Выдерживаемое давление таких растворов составляет 25-35 МПа/см2.

Пример использования жаропрочного цемента для изготовления садового барбекю:

Кислотоупорные цементы – ограниченная сфера применения

Прочность кислотоупорных цементов составляет 30-40 МПа/см2. Стойкость материала к действию кислот увеличивается с повышением концентрации кислоты. Единственным веществом, активно разрушающим кислотоупорное стекло, является фтористоводородная (плавиковая) кислота.

Причины разрушения кислотоупорного цемента со временем эксплуатации следующие:

1. Водная среда – несмотря на относительную твёрдость цементного раствора, под воздействием воды составляющие компоненты из него вымываются. Для повышения гидрофобности цемента используются различные покрытия, ставящие цель оградить поверхность от контакта с водой.
2. Щелочная среда эксплуатации – чем выше pH среды, тем быстрее будет происходить разрушение. Причина заключается во взаимодействии оксидов алюминия в составе цемента с щелочью.
3. Воздействие пониженных температур. Высокая хрупкость «жидкого стекла» обуславливает невозможность его использования в сильные морозы (ниже -20 °С).

Особенности работы – приготовление и использование растворов специальных цементов

Порядок подготовки огнеупорных составов принципиально не отличается от приготовления портландцемента:

• в бетономешалке готовится сухая смесь компонентов в заданных пропорциях (отношение цемент : песок обычно составляет 1 : 4);
• после перемешивания добавляется вода до получения тестообразной консистенции. Поскольку жаропрочные материалы имеют особые параметры вязкости и высокую скорость затвердевания, при добавлении воды лучше пользоваться рекомендациями производителя. Добавляя воду «на глаз», легко ухудшить прочностные характеристики строящейся конструкции;
• использование раствора для заливки в формы, опалубку или для кладки огнеупорного кирпича. В случае высокоглиноземистого цемента после добавления воды нужно действовать оперативно, чтобы не допустить преждевременного схватывания раствора;
• сразу по окончании работ следует почистить и вымыть строительное оборудование – убрать затвердевший через день раствор окажется непростой задачей.

При небольшом объёме огнеупорных растворов на основе портландцемента смешивание компонентов можно проводить вручную в широких емкостях – тазах, ночвах или ванне. Для глиноземистых цементов необходимо применение бетономешалки.

Кислотоупорные цементы готовятся путем разведения и смешивания сухой смеси (песок и ускоритель схватывания) с жидким стеклом в рекомендованных производителем пропорциях. На промышленных стройках существуют налаженные приспособления для получения раствора. В домашнем строительстве готовить смеси удобно в широкой и достаточно глубокой емкости (ведро, глубокий таз).

Если цементный раствор с жидким стеклом заливается в подготовленную форму, необходимо обеспечить доступ воздуха к цементной смеси. В противном случае скорость твердения будет недостаточно высокой и часть состава успеет вытечь через трещины в опалубке.

Плюсы и минусы цементов – оцениваем материалы

Подведем итоги положительных и отрицательных сторон огне- и кислотостойких цементов, оценивая их показатели в виде таблицы.

Характеристика материалов по пятибалльной шкале

Параметр	Огнестойкий цемент	Кислотостойкий цемент
Цена	«4» — в зависимости от условий применения, можно выбрать составы на основе дешевого портландцемента или более дорогого (20-25 руб./кг) высокоглиноземистого цемента	«1» — самый дорогой из существующих на рынке цементов. Стоимость достигает почти 100 руб./кг
Практичность	«4» — работать со смесями, отличающимися быстрым схватыванием, не очень удобно	«2» — возможно применение лишь для узких задач. Для широкого применения кислотостойкий цемент слабо пригоден
Внешний вид	«5»	«5»
Простота изготовления	«4» — введение дополнительных компонентов увеличивает производственные затраты	«3» — приготовление гомогенного раствора на основе жидкого стекла – утомительное занятие
Трудоемкость при использовании	«5»	«3» — довольно сложно аккуратно перемешать клейкую и вязкую субстанцию
Экологичность	«4» — перчатки, очки и респиратор должны быть всегда под рукой при работе с цементом	«2» — кислотостойкий цемент нежелательно использовать при возведении зданий для хранения пищевых продуктов

Несмотря на ряд эксплуатационных сложностей и высокую цену, огне- и кислотостойкие цементы необходимы как в частном, так и крупнотоннажном строительстве. При футеровке печей, каминов, выполнении химически стойких отводов и сливов нельзя обойтись без специальных вяжущих средств. Держать «про запас» такие материалы не стоит – длительное хранение никогда положительно не сказывалось на качестве цементной смеси.

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.

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 известь — пушонку (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.

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