Содержание
- 2. Содержание Модуль 2. Неорганические строительные материалы. Лекция 6 Минеральные вяжущие вещества. Химические процессы при получении вяжущих
- 3. 1. Общая характеристика минеральных вяжущих веществ Физико-химические свойства вяжущих веществ и их классификация Минеральные, или неорганические,
- 4. Физико-химические свойства вяжущих Для ускорения процесса твердения могут применяться такие искусственные воздействия, как тепловлажностная обработка или
- 5. Физико-химические свойства вяжущих C повышением степени измельчения увеличивается доля вещества, прилегающая к поверхности частиц и обладающая
- 6. По условиям твердения и водостойкости продуктов твердения вяжущие вещества подразделяются на воздушные и гидравлические. К воздушным
- 7. 2. Химические процессы при получении вяжущих веществ Поскольку вяжущие вещества самопроизвольно реагируют с водой, в природе
- 8. Механизмы химических реакций, сопровождающих получение вяжущих По своему механизму большинство химических реакций, сопровождающих получение вяжущих веществ
- 9. Механизмы химических реакций, сопровождающих получение вяжущих 3. Гетерогенные реакции между частицами твердых веществ в отсутствие жидкой
- 10. Механизмы химических реакций, сопровождающих получение вяжущих Повышение температуры активизирует протекание реакций получения вяжущих веществ за счет
- 11. 3. Химические процессы твердения вяжущих веществ Главным свойством вяжущих веществ является способность к самопроизвольному твердению, т.е.
- 12. Процесс твердения В строительной технологии процесс твердения принято подразделять на две основные стадии: 1. – схватывания
- 13. Единой общепринятой теории, которая бы количественно описывала механизм процессов твердения вяжущих веществ на основе физико-химических закономерностей,
- 15. Механизм процесса твердения вяжущих веществ Один и тот же раствор является насыщенным по отношению к безводному
- 16. Механизм процесса твердения вяжущих веществ Сквозьрастворная модель твердения была существенно дополнена и развита в работах A.A.
- 17. Механизм процесса твердения вяжущих веществ: Сквозьрастворная модель твердения 1. Стадия растворения (или насыщения), происходящая в процессе
- 18. Механизм процесса твердения вяжущих веществ: Сквозьрастворная модель твердения 3.Стадия кристаллизации, соответствующая поздним этапам схватывания и стадии
- 19. Топохимическая модель Топохимическая модель (топохимия – раздел химии, изучающий реакции с участием твердых тел) была выдвинута
- 21. Скачать презентацию
Содержание
Модуль 2. Неорганические строительные материалы.
Лекция 6 Минеральные вяжущие вещества. Химические
Содержание
Модуль 2. Неорганические строительные материалы.
Лекция 6 Минеральные вяжущие вещества. Химические
вяжущих веществ. Химические процессы твердения вяжущих
Вопросы:
1. Общая характеристика минеральных вяжущих веществ.
2. Химические процессы при получении вяжущих веществ.
3. Химические процессы твердения вяжущих.
1. Общая характеристика минеральных вяжущих веществ
Физико-химические свойства вяжущих веществ и их
1. Общая характеристика минеральных вяжущих веществ Физико-химические свойства вяжущих веществ и их
Минеральные, или неорганические, вяжущие вещества – это неорганические материалы, способные, в виде тонких порошков при смешивании с водой образовывать пластичную тестообразную массу, постепенно затвердевающую с превращением в искусственный камень.
Главные признаки, характерные для вяжущих веществ, это:
1) Относительно невысокая растворимость в воде (как правило, от 0,1 до 3,0 г/л), не позволяющая порошку вяжущего вещества полностью перейти в раствор, и, с другой стороны, достаточная для того, чтобы химические реакции в фазе раствора играли существенную роль в процессе твердения вяжущего теста.
2) Гидрофильность поверхности, т. е. хорошая смачиваемость ее водой, что необходимо для получения однородного теста путем смешивания вяжущего вещества с водой (затворения).
3) Пластичность вяжущего теста (т. е. способность к значительным необратимым деформациям без нарушения непрерывности) и его способность легко формоваться (удобоукладывасмость). Эти качества обусловлены возникновением вследствие активного взаимодействия вяжущего вещества с водой вблизи поверхности твердых частиц тонкого гелеобразного слоя, уменьшающего взаимное трение частиц.
4) Способность самопроизвольно переходить из тестообразного в твердое состояние, связанная, как правило, с возможностью химического взаимодействия с водой (или другими веществами, например СО2 воздуха).
Физико-химические свойства вяжущих
Для ускорения процесса твердения могут применяться такие искусственные
Физико-химические свойства вяжущих
Для ускорения процесса твердения могут применяться такие искусственные
Важнейшим условием эффективного проявления вяжущих свойств является высокая степень измельчения (дисперсности) материала. Это прежде всего связано с тем, что реакции твердения вяжущих веществ являются многоступенчатыми гетерогенными химическими реакциями, наиболее медленные, или лимитирующие, стадии которых (растворение вяжущего в воде или диффузия воды внутрь вяжущего) протекают на поверхности раздела жидкой и твердой фаз. Следовательно, скорость этих стадий, а следовательно, и скорость всего процесса твердения будут тем выше, чем больше величина поверхности раздела, которая, в свою очередь, находится в прямой зависимости от степени измельчения материала.
Физико-химические свойства вяжущих
C повышением степени измельчения увеличивается доля вещества, прилегающая к
Физико-химические свойства вяжущих
C повышением степени измельчения увеличивается доля вещества, прилегающая к
Например, в составе портландцемента обычно 60–80% частиц имеют размеры 1–40 мкм.
По условиям твердения и водостойкости продуктов твердения вяжущие вещества подразделяются на
По условиям твердения и водостойкости продуктов твердения вяжущие вещества подразделяются на
К воздушным относятся такие вяжущие вещества, тесто на основе которых способно затвердевать только на воздухе. Продукты их твердения недостаточно водостойки и не могут длительное время эксплуатироваться под водой. Из группы воздушных вяжущих наибольшее применение находят воздушная известь, гипсовые вяжущие, а также магнезиальный и щелочно-силикатный (кислотоупорный) цементы.
К гидравлическим относятся вяжущие вещества, способные, после замешивания с водой и начального затвердевания («схватывания») на воздухе, окончательно затвердевать как на воздухе, так и под водой с образованием водостойких продуктов твердения. Среди гидравлических вяжущих наиболее широко применяются портландский цемент (или портландцемент), а также смешанные цементы на его основе и глиноземистый цемент.
2. Химические процессы при получении вяжущих веществ
Поскольку вяжущие вещества самопроизвольно реагируют
2. Химические процессы при получении вяжущих веществ
Поскольку вяжущие вещества самопроизвольно реагируют
Как правило, к такому результату приводят химические реакции дегидратации (удаления Н2О), декарбонизации (удаления СО2) и десульфуризации (удаление SO2), а также реакции образования силикатов и алюминатов щелочных и щелочноземельных металлов.
Механизмы химических реакций, сопровождающих получение вяжущих
По своему механизму большинство химических реакций,
Механизмы химических реакций, сопровождающих получение вяжущих
По своему механизму большинство химических реакций,
1. Реакции разложения твердых веществ с удалением летучих продуктов. Сюда относятся в основном эндотермические реакции дегидратации, декарбонизации и десульфуризации, осуществляющиеся при температурах от 100-120 °С (гипс) до 1000–1200 °С (известь, портландский и глиноземистые цементы). Это особый тип гетерогенных реакций, связанный с образованием продуктов реакции внутри относительно однородного твердого материала и поэтому не требующий обязательного тонкого измельчения исходных горных пород.
2. Гетерогенные реакции твердого вещества с жидкой фазой (обычно расплавом) или двух твердых веществ между собой в присутствии расплава. К этому типу относятся реакции образования силикатов и алюминатов, протекающие при производстве щелочносиликатных вяжущих веществ и глиноземистого цемента, а также, частично, портландцемента. Они, как правило, являются экзотермическими, хотя в отдельных случаях могут быть и эндотермическими. Для быстрого растворения или химического взаимодействия твердых частиц с жидкой средой желательна их высокая степень дисперсности, однако тонкое измельчение исходных веществ, по экономическим соображениям, могут и не производить.
Механизмы химических реакций, сопровождающих получение вяжущих
3. Гетерогенные реакции между частицами твердых
Механизмы химических реакций, сопровождающих получение вяжущих
3. Гетерогенные реакции между частицами твердых
Для осуществления таких реакций абсолютно необходимо предварительное тонкое измельчение исходного сырья, обеспечивающее максимальную суммарную поверхность соприкосновения частиц реагирующих веществ.
Механизмы химических реакций, сопровождающих получение вяжущих
Повышение температуры активизирует протекание реакций получения
Механизмы химических реакций, сопровождающих получение вяжущих
Повышение температуры активизирует протекание реакций получения
В то же время, чрезмерное повышение температуры недопустимо, так как это приводит либо к расплавлению всей реакционной массы или ее значительной части, что в последующем может значительно затруднить размол продукта реакции, либо к образованию продукта в крупнокристаллической, малоактивной, слишком медленно реагирующей с водой в процессе твердения или дальнейшей переработки.
3. Химические процессы твердения вяжущих веществ
Главным свойством вяжущих веществ является способность
3. Химические процессы твердения вяжущих веществ
Главным свойством вяжущих веществ является способность
В самом общем виде химическая реакция гидратационного твердения может быть записана следующим образом:
В(тв) + nН2O(ж) = В∙nН2O (тв),
где В обозначает молекулу исходного вяжущего вещества.
Продуктом реакции является твердый гидрат в кристаллическом или аморфном состоянии. За счет связывания воды в его составе общий объем твердой фазы в затвердевшем камне всегда больше суммарного объема частиц исходного вяжущего вещества. В результате происходит частичное заполнение объема межзерновых пустот агрегатами продукта гидратации, которые, контактируя, переплетаясь и срастаясь между собой, образуют новую прочную структуру – искусственный камень.
Процесс твердения
В строительной технологии процесс твердения принято подразделять на две основные
Процесс твердения
В строительной технологии процесс твердения принято подразделять на две основные
1. – схватывания и 2. – собственно твердения.
Стадия схватывания соответствует периоду от момента потери вяжущим тестом пластичности до момента его превращения в твердое тело, еще не обладающее заметной прочностью. Сроки схватывания характеризуют ход процессов структурообразования в вяжущем тесте.
На втором этапе эволюции массы, на стадии собственно твердения, происходит нарастание прочности образовавшегося камневидного тела.
Единой общепринятой теории, которая бы количественно описывала механизм процессов твердения вяжущих
Единой общепринятой теории, которая бы количественно описывала механизм процессов твердения вяжущих
Существуют две основные модели твердения, кристаллизационная и топохимическая, которые в разной степени применимы к различным вяжущим веществам и к различных стадиям процессов их твердения.
Кристаллизационный, или сквозьрастворный, механизм был предложен А. Ле-Шателье (1882 г.) и предполагает прохождение всей массы вяжущего вещества в процессе твердения через фазу жидкого раствора. Сначала, на стадии затворения, исходное вяжущее вещество растворяется в воде, вплоть до образования насыщенного раствора. Затем из этого раствора в межзерновом пространстве кристаллизуется менее растворимый в воде продукт гидратации. Срастанием и переплетением кристаллических новообразований объясняется конечная прочность камня.
Кристаллизационная модель базируется на том факте, что в подавляющем большинстве случаев продукт гидратации менее растворим в воде, чем исходное вяжущее вещество. Это, в частности, подтверждают данные величин растворимости минералов, участвующих в процессах твердения извести, гипсовых вяжущих и портландцемента.
Механизм процесса твердения вяжущих веществ
Один и тот же раствор является насыщенным
Механизм процесса твердения вяжущих веществ
Один и тот же раствор является насыщенным
Благодаря этому гидратационное равновесие в растворе:
В(тв) + nН2O(ж) = В∙nН2O (тв),
постоянно сдвинуто вправо (из-за уменьшения концентрации конечного продукта, выпадающего в осадок), раствор обедняется исходным веществом, новые порции которого переходят в раствор и вновь выпадают в осадок в виде гидрата и так далее – до тех пор, пока вся масса вяжущего вещества не превратится в твердый гидрат.
Механизм процесса твердения вяжущих веществ
Сквозьрастворная модель твердения была существенно дополнена и
Механизм процесса твердения вяжущих веществ
Сквозьрастворная модель твердения была существенно дополнена и
Процесс твердения, согласно Байкову, состоит из трех физико-химических стадий: 1. Стадия растворения. 2. Стадия коллоидации. 3. Стадия кристаллизации.
Механизм процесса твердения вяжущих веществ:
Сквозьрастворная модель твердения
1. Стадия растворения
Механизм процесса твердения вяжущих веществ:
Сквозьрастворная модель твердения
1. Стадия растворения
В(тв) + Н2О(ж) → насыщ. р-р В в Н2О.
2. Стадия коллоидации. На этой стадии из раствора, насыщенного по отношению к исходному вяжущему веществу и пересыщенного по отношению к продукту его гидратации, выделяется гидратированныи продукт в виде микрокристаллов или аморфных частиц коллоидного размера (1–100 нм):
В∙nН2O (пересыщенный раствор) → В∙nН2O (коллоидные частицы).
Образовавшиеся частицы гидрата организуют особым образом (структурируют) прилегающие слои молекул воды, придавая раствору свойства геля, т.е. скоагулированного коллоидного раствора, вследствие чего теряется пластичность вяжущего теста. В то же время структура, образованная частицами новообразований, взаимодействующими через гидратные оболочки), не способна противостоять механическим нагрузкам, и схватившееся тесто не обладает прочностью.
Механизм процесса твердения вяжущих веществ:
Сквозьрастворная модель твердения
3.Стадия кристаллизации, соответствующая поздним
Механизм процесса твердения вяжущих веществ:
Сквозьрастворная модель твердения
3.Стадия кристаллизации, соответствующая поздним
В∙nН2O (гель)→ В∙nН2O (крист.)
Такой рост происходит благодаря тому, что новые порции гидрата, выделяющиеся из пересыщенного раствора, не образуют новых кристаллов, а достраивают решетку тех, что уже образовались на предыдущей стадии. Постепенно увеличивающиеся кристаллы сближаются, срастаются и переплетаются. Коагуляционная структура постепенно переходит в кристаллизационную, способную воспринимать механические нагрузки, что и приводит к окончательному затвердеванию камня.
По мнению большинства исследователей, сквозьрастворная модель достаточно хорошо описывает процессы твердения воздушных вяжущих веществ, а также гидравлических цементов – в начальные периоды схватывания.
Топохимическая модель
Топохимическая модель (топохимия – раздел химии, изучающий реакции с участием
Топохимическая модель
Топохимическая модель (топохимия – раздел химии, изучающий реакции с участием
Топохимический механизм предполагает многократное использование в процессе небольшого количества воды, и, поэтому он более характерен для поздних стадий твердения, когда содержание свободной воды в вяжущем тесте (или камне) весьма невелико.
Процессы твердения важнейших вяжущих веществ, кроме гидратации, включают также и другие химические реакции, выходящие за рамки процесса. Такими реакциями являются, например, реакция с СО2, или карбонизация (воздушная известь), реакция с SiО2, или силикатизация (пуццолановый цемент), поликонденсация силикатных анионов (щелочно-силикатные вяжущие вещества, портландцемент) и другие.