О НЕКОТОРЫХ АСПЕКТАХ АДСОРБЦИОННОГО ПРОЦЕССА

Прежде всего следует уточнить структурно-молекулярные особенности химически активных компонентов вяжущей системы — портландцемента и воды. Почему полученный обжигом до спекания молотый камень обладает гидравлической активностью и проявляет цементирующие свойства? Что собой представляет всем известная и, в то же время, таящая массу секретов вода? Быть может, ее роль сводится не только в обеспечении условий для растворительных, гидролизных и тому подобных действий?

Особенность строения цементных минералов

Портландцемент получают обжигом во вращающейся печи специально подобранной сырьевой смеси, состоящей из мела или карбонатных пород, глины и корректирующих добавок. По мере нагрева компонентов происходит удаление свободной, адсорбционной, кристаллизационной воды, разложение глинистых минералов и известняка, взаимодействие кислых (Si02, А1203, Fe203) и основного (СаО) оксидов с твердофазовым формированием промежуточных минералов (2Ca0-Si02, 4Ca0-Al203*Fe203, ЗСа0-А1203 и др.). При максимальной температуре (около 1450 °С) в пиропластичной массе минералов-плавней (С3А, C4AF) двухкальциевый силикат насыщается известью с появлением основного цементного минерала — трехкальциевого силиката (3Ca0-Si02), главного носителя прочности и прочих свойств цементных бетонов. Структура образующихся продуктов является наиболее стабильной и устойчивой при данных высокотемпературных условиях. При медленном снижении температуры будет происходить перестройка кристаллической решетки минералов в соответствии с меняющимися условиями, что отрицательно скажется на свойствах цемента. Обязательным же технологическим переделом при производстве портландцемента является быстрое охлаждение клинкера, как можно более оперативный перевод пиропластичной массы в твердое вещество. Чем выше скорость охлаждения, тем активнее и качественнее получаемый портландцемент. Вот почему в настоящее время интенсивно ведутся работы по созданию холодильников нового типа, позволяющих осуществлять предельно быстрое охлаждение, своего рода «закалку» клинкерного расплава.

На Третьем международном конгрессе по химии цемента (Лондон, 1952 г.) был сделан ряд сообщений (Дж. Джеффри, Р. Нэрс, М. Бредиг и др.), посвященных результатам изучения кристаллохимического строения цементных минералов. На основании рентгенографических, микроскопических, термических, оптических анализов было установлено, что кристаллохимической спецификой алита (C3S) является слабая, неустойчивая связь ионов кальция. Строение алита можно представить в виде решетки, состоящей из комплексных ионов SiO^-, характеризующихся жесткой ковалентной связью элементов, «сшитых» ионами Са2+ (=Si-0-Ca-0-Si=). Особенностью структуры C3S, таким образом, является неравномерность электронной плотности на Si-0-Са-связи, вследствие чего кислородные атомы образуют неравноценные связи — жесткие и прочные с атомами кремния и более подвижные (ионные) — с кальцием.

Замороженная высокотемпературная структура цементных минералов вызывает искажение электростатического поля между ионами, в связи с чем C3S неизбежно должен обладать высокой энергией решетки, что и определяет чрезвычайную неустойчивость, гидравлическую активность и проявление вяжущих свойств при обычных (низкотемпературных) условиях. Помол клинкера в еще большей степени способствует кристаллохимической неоднородности минералов, обеспечивая вскрытие в дисперсном продукте дополнительных энергетически неуравновешенных центров.

Поверхность цементного зерна содержит «созвездие» активных центров (дефектных зон, точек начинающейся гидратации, по терминологии различных исследователей). Огромная поверхностная энергия цементных частиц определяет интенсивное потребление диполей воды из окружающей среды и протекание гидратационного процесса. При этом даже шестислойный упаковочный мешок является далеко не надежной защитой. Вот почему не рекомендуется запасаться портландцементом «впрок». На железобетонных заводах и строительных площадках срок хранения цемента (в зависимости от способа доставки) лимитируется семью-десятью сутками. При большей продолжительности хранения необходимо использование «омолаживающих» приемов (помола в шаровых мельницах, обработки цементно-растворной смеси в турбулентных активаторах и др.).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >