Химия цемента и вяжущих веществ. Андреева Н.А. - 15 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГАСУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

28 29
Н. А. Андреева. Химия цемента и вяжущих веществ
Сегодня общепризнано, что образование α- или β-модификаций
полуводного гипса (по строению кристаллической решетки они
подобны) зависит от условий тепловой обработки: α-полугидрат
образуется при температуре 107–125 °С и выше при условии, что вода
выделяется в капельно-жидком состоянии, для чего предусматривается
автоклавная обработка; β-модификация полуводного гипса получается
при нагревании до 100–160 °С в открытых аппаратах (вращающихся
печах или варочных котлах) при удалении воды в виде пара.
Высокопрочный α-полугидрат кристаллизуется в виде хорошо
сформированных крупных прозрачных игл или призм; обычный
строительный гипс – β-полугидрат – состоит из мельчайших плохо
выраженных кристалликов, образующих агрегаты. Этим обусловлены
различные свойства продукта: β-полугидрат отличается более высокой
водопотребностью, большей скоростью взаимодействия с водой,
меньшей плотностью и прочностью получаемого гипсового камня.
Несмотря на это, β-полугидрат существенно дешевле и составляет
основную часть гипсовых вяжущих.
В процессе обжига гипсового камня создаются такие энергети-
ческие условия, при которых происходит разрыв связей ионов Ca
2+
и тетраэдров
–2
4
SO
с молекулами воды, в результате чего значительная
ее часть высвобождается. Полугидрат можно представить как дефор-
мированную кристаллическую решетку двуводного гипса (рис. 16, а).
а б
–
H
2
O
–
Ca
2+
–
−2
4
SO
Рис. 16. Кристаллическая структура:
а – двуводного гипса; б – ангидрита
Удаление воды сопровождается смещением цепочек Ca–SO
4
–Ca–
SO
4
. Смещение происходит на расстояние, равное 0,317 нм, что соот-
ветствует длине связи Ca–S. При этом цепочки преимущественно со-
храняют свою ориентацию, а смещение происходит перпендикулярно
и параллельно их направлению. Вода в полугидрате CaSO
4
⋅ 0,5H
2
O
находится в полых каналах между слоями Ca–SO
4
–Ca–SO
4
и удержива-
ется за счет ближайшего иона кальция и иона кислорода группы
–2
4
SO
(вода как бы защемлена между ними). Она сохраняет прежнюю коор-
динацию в кристаллической решетке относительно иона кальция, как
и в двуводном гипсе.
Так как большáя часть связей оказалась ненасыщенной, то решетка
полуводного гипса имеет искаженный вид; это и обусловливает высокую
гидравлическую активность данного соединения.
Превращение полугидратов в растворимый ангидрит CaSO
4
происходит при дальнейшем их нагревании (220–300 °С) и не
сопровождается заметными изменениями кристаллической решетки, тем
не менее в результате удаления остальной кристаллизационной воды
упорядоченность и, следовательно, стабильность решетки снижается,
пористость значительно возрастает.
При повышении температуры обжига выше 450 °С происходит
перестройка кристаллической решетки: растворимый ангидрит
переходит в нерастворимый, аналогичный по структуре природному
ангидриту CaSO
4
(рис. 16, б). Нерастворимый ангидрит самостоятельно
с водой не взаимодействует и не твердеет. Как показывают исследования,
при обезвоживании до состояния полугидрата и далее до растворимого
ангидрита расстояние между соседними ионами Ca
2+
и
–2
4
SO
несколькоо
возрастает, в то время как при образовании нерастворимого ангидрита
оно уменьшается; именно этот фактор снижает активность ангидрита
по отношению к воде.
При дальнейшем повышении температуры (начиная с 750 °С)
продукт обжига вновь приобретает способность твердеть. Это
объясняется частичной диссоциацией сульфата кальция по реакции
2CaSO
4
= 2CaO + SO
2
+ O
2
В составе вяжущего появляется свободный оксид кальция CaO
в количестве 2–3 %. Полученный продукт носит название высокооб-
жигового гипса (эстрихгипс).
Глава 2. Физико-химические основы получения вяжущих веществ

Страницы