Химия цемента и вяжущих веществ. Андреева Н.А. - 16 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГАСУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

30 31
Н. А. Андреева. Химия цемента и вяжущих веществ
Нерастворимый ангидрит (природный или полученный обжигом
гипсового камня) в присутствии минеральных добавок также может
проявлять вяжущие свойства. В качестве таких добавок (катализато-
ров реакции гидратации CaSO
4
) могут быть использованы известь, ра-
створимые сульфаты, доменные шлаки, золы ТЭЦ и др. Так получают
различные виды ангидритового цемента. Высокообжиговые гипсовые
вяжущие по сравнению с низкообжиговыми обладают лучшими эксп-
луатационными свойствами.
Из всех перечисленных модификаций сульфата кальция в совре-
менном строительстве наибольшее применение получили строитель-
ный (β-CaSO
4
⋅ 0,5H
2
O) и высокопрочный (α-CaSO
4
⋅ 0,5H
2
O) гипс. При
этом промышленный выпуск высокопрочного гипса, несмотря на его
явные преимущества, невелик из-за сложностей традиционной авто-
клавной технологии, поэтому усилия многих современных ученых на-
правлены на совершенствование технологии высокопрочного гипса.
Новейшие исследования показали, что для управления процессом
получения высокопрочного гипса (α-модификации) весьма важным
является соблюдение требуемых термодинамических параметров ре-
акций обезвоживания двугидрата, в первую очередь точное знание тем-
ператур перехода двугидрата в полугидрат с учетом парциального дав-
ления газовой фазы.
С этих позиций выполнены термодинамические расчеты (энер-
гия Гиббса и значения парциальных давлений пара) для реакций
CaSO
4
⋅ 2H
2
O = α-CaSO
4
⋅ 0,5H
2
O + 1,5H
2
O
(ж)
(1)
CaSO
4
⋅ 2H
2
O = β-CaSO
4
⋅ 0,5H
2
O + 1,5H
2
O
(ж)
(2)
CaSO
4
⋅ 2H
2
O = α-CaSO
4
⋅ 0,5H
2
O + 1,5H
2
O
(газ)
(3)
CaSO
4
⋅ 2H
2
O = β-CaSO
4
⋅ 0,5H
2
O + 1,5H
2
O
(газ)
(4)
H
2
O
(ж)
= H
2
O
(газ)
(5)
Реакция (1) до температуры 100 °С термодинамически невозмож-
на (∆G
373
= +1,8 кДж/моль), а при температуре более 140 °С становится
возможной, если вода выделяется в жидком виде, что осуществимо при
парциальном давлении водяных паров выше 0,194 МПа (по реакции (5)).
Реакция (2) до температуры 140 °С термодинамически невозможна,
а при температуре выше 140 °С β-полугидрат если и образуется, то сразу
превращается в α-полугидрат, поскольку вода при этом выделяется
в капельно-жидком состоянии и устойчивой формой полугидрата
сульфата кальция является α-модификация.
Образование α-полугидрата по реакции (3) становится термоди-
намически возможным при температуре выше 105,2 °С, а образование
β-полугидрата (реакция (4)) – при температуре выше 108,2 °С, при-
чем протекание обеих реакций обеспечивается, если в зоне реакции
давление паров воды достигает 0,101 МПа, что соответствует темпе-
ратуре 114 °С.
Из приведенных данных следует, что можно получать
α-CaSO
4
⋅ 0,5H
2
O не только при высоких давлениях в автоклавах, но
и при «варке» в жидких средах (например, в 30%-ных растворах CaCl
2
,
MgCl
2
, MgSO
4
).
2.2. Процессы декарбонизации
Природное карбонатсодержащее сырье (известняк, доломит, маг-
незит и пр.) подвергают сильному нагреванию (обжигу) с целью полу-
чить оксиды кальция и магния – основы известковых и магнезиальных
вяжущих. При получении цементных клинкеров также происходит тер-
мическая диссоциация карбонатов, входящих в состав сырьевой смеси.
Термическая диссоциация карбонатов металлов II группы глав-
ной подгруппы (щелочноземельных металлов и магния) может быть
представлена стехиометрическим уравнением
MeCO
3(крист)
= MeO
(крист)
+ CO
2(газ)
(1)
Карбонат и оксид металла практически нерастворимы друг в дру-
ге и представляют собой две самостоятельные фазы постоянного со-
става. Поскольку состав каждой фазы постоянен, то любое состояние
системы (1) определяется двумя величинами: температурой и давлени-
ем. За независимый параметр обычно принимают температуру, тогда
если общее давление совпадает с давлением газа CO
2
, то
P = P(CO
2
) = f(T).
Диссоциация карбонатов – эндотермическая реакция, повышение
температуры сдвигает равновесие вправо и увеличивает P(CO
2
).
Глава 2. Физико-химические основы получения вяжущих веществ

Страницы