Кислотоупорный цемент применяют для изготовления

Обновлено: 19.04.2024

Кислотоупорный цемент - специальный цемент, представляющий собой смесь совместно или раздельно молотых кварцевого песка и кремнефтористого натрия (Na2SiF6). Внешне кислотоупорный цемент выглядит как порошкообразный материал, который, как и другие виды цемента, получается путем помола. Готовая смесь должна быть тщательно и равномерно перемешана. Степень измельчения должна быть такой, чтобы остаток при просеивании измельченной массы через сито с 900 отв/см не превышал 0,5%, через сито с 4900 отв/см2 - 10% и через сито с 10 000 отв/см2 - 50%.

Кислотоупорный бетон получают затворением кислотоупорного цемента водным раствором силиката натрия или калия (жидкого стекла), который при схватывании образует кислотостойкий камень.

На кислотоупорный цемент есть ГОСТ 5050- 49 - "Цемент кислотоупорный кварцевый кремнефтористый". Согласно этому нормативу соотношение между песком и натрием зависит от химического состава песка и зависит от общего содержание окиси кремния (SiО₂), которое в готовом цементе должно быть не менее 92%.

Кислотостойкий бетон можно применять в кислотных органических и неорганических средах любой степени агрессивности, исключение составляют фтористоводородная (HF) и кремнефтористоводородная (H₂SiF₆) кислоты, в которых растворяется кремнезем.

Кислотостойкий бетон можно армировать так же, как и обычный бетон. Такой бетон прочно скрепляется с арматурой, не вызывает ее коррозии.

Применение других вяжущих веществ в данных случаях недопустимо, так как они под действием кислот разрушаются.

При длительном воздействии воды, пара и растворов щелочей бетоны и растворы на жидком стекле теряют прочность.

Ограничения применения кислотоупорного цемента также связаны с токсичностью кремнефтористого натрия.

Область применения

Строительстве резервуаров, ванн и других емкостей для химической промышленности.
Защита химической аппаратуры от воздействия разного рода кислот.
Заделка швов между изделиями, имеющими кислотостойкие характеристики.
Раствор для кладки химически стойких материалов (кирпича, плитки) при защите корпусов химической аппаратуры.
Целлюлозно-бумажная промышленность (производство целлюлозы сульфатным способом), для защиты варочных котлов защита представляет собой кислотоупорную керамическую плитку или кирпич, уложенные на кислотостойкой замазке. Используется также монолитная футеровка из кислотоупорного бетона на жидком стекле.

Изготовление кислотостойкого бетона

В составе кислотного цемента 5 компонентов:

жидкое стекло;
кремнефтористый натрий;
тонкоизмельченный кварцевый песок;
кварцевый песок крупного помола;
щебень.

Кислотостойкий бетон должен быть максимальной плотности, которая обеспечивает более прочную и повышенную водостойкость и кислотостойкость. Это обеспечивается при помощи подбора соотношения между крупным и мелким наполнителями, когда пустоты в щебне максимально заполняются песком, а пустоты в песке заполняются тонкомолотым наполнителем.

Кварцевый песок применяется в качестве кислотоупорного заполнителя, но так же могут применяться и другие кислотостойкие измельчённые породы:

базальт;
гранит;
андезит;
кварцит и др.

Содержание SiO₂ в кварцевом песке должно быть не менее 95%.

Кремнефтористый натрий является химическим отвердителем жидкого стекла, образующим при взаимодействии с последним гель кремнезёма, обеспечивающий формирование плотной и кислотоустойчивой структуры камня.

Ориентировочное количество кремнефтористого натрия Na₂SiF₆ от массы растворимого стекла (т. е. сухого вещества в составе жидкого стекла) в кислотоупорных растворах и бетонах составляет:

4% в цементах, предназначенных для изготовления замазок;
10-15% - для растворов и бетонов.

Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент

Кварцевый кремнефтористый кислотоупорный цемент - порошкообразный материал, получаемый совместным помолом или тщательным смешиванием раздельно измельченных кварцевого песка и ускорителя твердения - кремнефтористого натрия. Его затворяют на водном растворе силиката натрия, после чего уже на воздухе он превращается в прочное камневидное тело, способное противостоять действию большинства минеральных и органических кислот.

Выпускают три разновидности этого цемента:

Тип 1, предназначен для приготовления кислотоупорных замазок, затворяемых на жидком стекле; кремнефтористого натрия в нем должно быть не менее 4±0,5% от массы цемента.
Тип 2, используют для изготовления кислотоупорных растворов и бетонов, затворяемых на натриевом жидком стекле; содержание кремнефтористого натрия в нем - не менее 8±0,5%.
Тип 3, для изготовления кислотоупорных замазок, растворов и бетонов, затворяемых на калиевом жидком стекле; содержание кремнефтористого натрия в нем должно быть не менее 14±0,5%.

Полимерсиликатные бетоны

Полимерсиликатными называют материалы (растворы, бетоны, замазки) на кислотоупорном цементе, модифицированном полимерными добавками (пластификаторы, уплотнители, гидрофобизаторы и т.д.).

Ниже приведен рецепт полимерсиликатного бетона из книги - "Рекомендации по изготовлению и применению изделий и конструкции из полимерсиликатного бетона", 1985г., Госстрой СССР, Ордена Трудового Красного Знамени, научно-исследовательский институт бетона и железобетона.

Натрий кремнефтористый технический КФН (ГОСТ 87-77) с содержанием основного продукта не менее 93%. Влажность отвердителя должна быть не более 1 %. Тонкость помола отвердителя определяется по ГОСТ 310.2-76 просеиванием пробы через сито с сеткой N o 008 или по удельной поверхности методом воздухопроницаемости. Остаток на сите не должен превышать 15%. Для получения бетона марки М250 удельная поверхность КФН должна составлять 2500-3000 см 2 /г., а для марки М350 - 4500-5000 см 2 /г.

Для повышения кислотонепроницаемости полимерсиликатного бетона в качестве уплотняющих добавок следует применять:

фуриловый спирт или фурфурол;
ацетоноформальдегидную смолу;
компаунд, состоящий из фурилового спирта ФС и фенолоформальдегидной резольной водорастворимой смолы типа ФРВ-1 или ФРВ-4, взятых в соотношении 70-90% ФС и 30-10% ФРВ;
тетрафурфуриловый эфир ортокремниевой кислоты;
полиизоцианат;
карбамидную смолу КФЖ или КФ-МТ.

Для увеличения жизнеспособности полимерсиликатных смесей следует применять кремнийорганическую жидкость ГКЖ-1О или ГКЖ-11.

В качестве пластифицирующих добавок, увеличивающих подвижность смеси, рекомендуется применять:

нейтрализованные сульфокислоты НС на основе продуктов перегонки нефти (ГОСТ 13302-77);
ацетоноформальдегидные смолы САФА;
суперпластификатор-разжижитель С-3;
алкилфениловые эфиры полиэтиленгликоля (жидкое мыло) 0П-7 или ОП-10 (ГОСТ 8433-81);
лаурилсульфат натрия.

Для повышения защитных свойств к стальной арматуре и закладным деталям рекомендуется использовать следующие ингибиторы коррозии:

окись свинца;
комплексную добавку катапин и сульфонол;
фенилантринилат натрия.

Тонкомолотые наполнители, применяемые в производстве полимерсиликатных бетонов, могут быть промышленного производства или могут приготовляться на месте путем размола соответствующих материалов:

андезитовая мука;
диабазовая мука;
кварцевый кислотоупорный цемент или муку, полученную из других кислотостойких материалов.

При использовании андезитовой муки или кварцевого кислотоупорного цемента при подборе состава ПСБ необходимо учитывать содержащийся в наполнителях кремнефтористый натрий.

Наполнители должны иметь кислотостойкость не ниже 97-98%.

Наполнители следует просеивать через сито N o 0315 для получения тонкости помола не ниже 2000 см 2 /г, при этом остаток на сите составляет 5-8%,

Его можно использовать в качестве мелкого заполнителя.

Влажность наполнителей должна быть не более 1%.

Для приготовления полимерсиликатных бетонов в качестве мелкого заполнителя следует применять природные кварцевые пески в естественном состоянии, фракционированные или обогащенные, кислотостойкостью не менее 96%.

Зерновой состав мелкого заполнителя должен находиться в пределах 0,15-2,5 мм

Модуль крупности песка должен быть в пределах 2-3.

Содержание в природных и дробленых песках зерен, проходящих через сито N o 014, не должно превышать 2%, а пылевидных, илистых и глинистых частиц - 1%.

Заполнители не должны содержать примеси известняка, доломита, металлических включений (проба раствором соляной кислоты). При наличии таких примесей всю партию заполнителя следует забраковать.

Крупный заполнитель для тяжелых полимерсиликатных бетонов

В качестве крупного заполнителя для тяжелых полимерсиликатных бетонов должен применяться кислотостойкий щебень (ГОСТ 8267-82), получаемый из естественных изверженных пород (андезит, гранит, базальт, кварцит). Предел прочности при сжатии естественного камня должен составлять не менее 80 МПа, водопоглащение - не более 2%, кислотостойкость - не менее 96%, содержание глинистых пылевидных частиц не более 1%.

Применение щебня из осадочных горных пород не допускается.

Наибольший размер щебня не должен превышать 1/4 толщины конструкции и 1/2 расстояния между арматурными стержнями.

Крупные и мелкие заполнители должны иметь влажность не более 1%.

Крупный заполнитель для легких полимерсиликатных бетонов

В качестве крупного заполнителя для легкого полимерсиликатного бетона следует применять керамзитовый гравий с насыпной плотностью 550-800 кг/м 3 и прочностью на сжатие в цилиндре не менее 2 МПа, отвечающий требованиям ГОСТ 9759-83, аглопоритовый щебень, а также другие искусственные и естественные кислотостойкие пористые заполнители (шунгизит, пористое стекло, перлит и др.).

Кислотостойкость легкого заполнителя для ПСБ должна быть не ни же 96%, водопоглащение не более 20%, влажность не более 2%.

Кислотостойкие замазки

Для изготовления используют также тонкомолотую андезитовую муку в смеси с кремнефтористым натрием (андезитовая замазка). Такую смесь затворяют жидким стеклом (силикатный модуль = 2,8, плотность - 1,4 г/см3) при следующем соотношении компонентов, массовые части:

Кислотостойкий бетон в производстве приготовляют в бетономешалках, размер емкости которых зависит от количества бетона, необходимого для укладки в определенный промежуток времени.

Физико-химические свойства

Схватывание и прочность

Основу твердения кислотоупорного цемента составляет взаимодействие кремнефторида натрия с высококонцентрированным раствором жидкого стекла. Реакция между Na₂SiF₆ и жидким стеклом протекает в два последовательных этапа: первый - нейтрализация щелочи в растворе до начала гелеобразования, второй - нейтрализация щелочи в формирующемся гидрогеле.

Сроки схватывания кислотоупорного цемента нормальной густоты должны быть:

начало - не ранее 40 мин. (цемент типа I) и 20 мин (цемент типа II),
конец - не позднее 8 часов для цементов обоих типов.

Предел прочности при растяжении - не менее 2,0 МПа.
Прочность при сжатии бетонов на кислотоупорном цементе составляет 20-60 МПа.

Обычно после воздействия концентрированных кислот прочность бетона повышается, а в разбавленных кислотах снижается, так как происходит выщелачивание фтористого натрия, который повышает пористость материала.

Снижение прочности по сравнению с прочностью образцов, не подвергавшихся кипячению в кислоте, не должно превышать 10%.

Жаропрочность

Жаропрочный кислотостойкий бетон применяют для того, чтобы бетонировать днища башенного оборудования сернокислотного производства, для изготовления фундаментов под оборудование. Такой бетон можно использовать при температуре 900-1200°С.

Химическая стойкость

Стойкость кислотостойкого бетона определяется механической прочностью до и после того, как на бетон воздействуют кислоты различной степени агрессивности на образцы за один месяц. Перед этим образцы должны храниться на открытом воздухе около 10 суток. Затем прочность образцов, которые были в кислотных жидкостях, сравнивают с образцами, которые находились на воздухе.

Коэффициент химической стойкости кислотостойких бетонов определяют по изменению прочности образцов после испытаний в агрессивной среде по формуле:

где Rq и Rr - прочность образцов соответственно до погружения в агрессивную среду и после выдержки в ней.

Химически стойкие бетоны на жидком стекле (плотные полимерсиликатные бетоны) предназначены для работы в условиях воздействия разбавленных и концентрированных минеральных кислот (азотной, серной, соляной, фосфорной), органических кислот (молочной, лимонной) с коэффициентом химической стойкости 0,7. В водном растворе аммиака (10-25%-ном) такие бетоны имеют K_x.c.>0,5, в насыщенных растворах хлоридов металлов K_x.c.>0,1, в органических растворителях (ацетон, бензол, толуол) и нефтепродуктах бетоны характеризуются высокой химической стойкостью (0,8x.c.<2), низкую химическую стойкость они проявляют в водных растворах едких щелочей.

Водостойкость

Водостойкость зависит от значения силикатного модуля и заметно повышается при превышении значения 3,3. Дальнейшее повышение модуля приводит к повышению водостойкости материала на основе щелочных силикатов, которая монотонно возрастает в области полисиликатов (при n>4,0), однако в этой области наблюдается ослабление вяжущих свойств.

В последние годы научились защищать жидкостекольные бетоны от воды, добавляя в жидкое стекло фуриловый спирт, парафиновую эмульсию.

Так же для повышения водостойкости в состав цемента вводят 0,5% льняного масла или 2% гидрофобизующей добавки. Полученный таким образом гидрофобизованный цемент называют кислотоупорным водостойким цементом (КВЦ).

Все материалы, представленные на сайте, носят исключительно справочный и ознакомительный характер и не могут считаться прямой инструкцией к применению. Каждая ситуация является индивидуальной и требует своих расчетов, после которых нужно выбирать нужные технологии.

Не принимайте необдуманных решений. Имейте ввиду, что то что сработало у других, в ваших условиях может не сработать.

Администрация сайта и авторы статей не несут ответственности за любые убытки и последствия, которые могут возникнуть при использовании материалов сайта.

Кислотоупорные цементы состоят из смеси водного раствора силиката натрия (растворимого стекла), кислотоупорного наполнителя и добавки – ускорителя затвердения. В качестве микронаполнителя используют кварц, диабаз и др. кислотоупорные материалы; ускорителем твердения служит кремнефтористый натрий. Вяжущим материалом в кислотоупорном цементе служит растворимое стекло Na₂O*SiO₂ или силиката кальция K₂O*nSiO₂. Добавка кремнефтористого натрия также повышает водостойкость и кислотоупорность цемента.

Применение: Кислотоупорные цементы применяют для футеровки химической аппаратуры, возведения башен, резервуаров и др. сооружений химической промышленности, а так же для приготовления кислотоупорных замазок, растворов и бетонов.

Свойства: Кислотоупорный цемент не водостоек; разрушается от воздействия воды и слабых кислот. Для повышения водостойкости в состав вводят 0,5% льняного масла или 2% гидрофобизирующей добавки. Полученный таким образом гидрофобизированный цемент называют кислотоупорным водостойким цементом (КВЦ). Для повышения кислотостойкости кислотоупорных бетонов рекомендуется обрабатывать их поверхность разбавленной соляной или серной кислотой, раствором хлористого кальция или магния.

41) Расширяющиеся цементы. Состав, свойства, применение. К этой группе вяжущих относят цементы, несколько увеличивающиеся в объеме при твердении во влажных условиях или не дающие усадки при твердении на воздухе.

Водонепроницаемый расширяющийся цемент – представляет собой быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество, получаемое помолом м смешением в шаровой мельнице тонко измельченных глиноземистого цемента, гипса и высокоосновного алюмината кальция - 4СаO*Al₂О₃ . Начало схватывания цемента - не ранее 4мин, а конец – не позднее 10мин. Схватывание можно замедлить добавкой СДБ (сульфатно-дрожжевой бражкой), уксусной кислоты. Применяют водонепроницаемый расширяющийся цемент при восстановлении разрушенных бетонных и железобетонных конструкций, для гидроизоляции тоннелей, стволов шахт, в подземном и подводном строительстве, при создании водонепроницаемых швов.

Гипсо-глиноземистый расширяющийся цемент – это быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, получаемое путем совместного тонкого помола или смешения высокоглиноземистого шлака и природного двуводного гипса. Применяют его для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых растворов и бетонов, для зачеканки швов, гидроизоляции шахт.

Напрягающий цемент при затворении водой сначала твердеет и набирает прочность, а в последующее время расширяется и напрягает железобетон. Применяют самонапрягающий цемент для изготовления напорных труб, резервуаров для воды, цементно-бетонных покрытий аэродромов, спортивных сооружений.

42) Бетоны. Классификация. Значения бетонов для индустриального строительства. Бетон - строит. материал, получаемый в результате перемешивания, укладки, уплотнения и затвердевания рационально рассчитанной смеси из щебня или гравия, песка, цемента, воды и добавок. До затвердения смесь наз. бетонной смесью (БСМ).Достоинства:низкая стоимость; бсм легко заполняет форму или опалубку;получают бетоны с разнообразными свойствами. Недостатки: малая прочность при изгибе (р.) – для устранения недостатка бетон армируют; длительность твердения; требуется тщательный уход за бетоном.Св-ва бетонов определяются качеством составляющих и их структурой (строением).Структура бетонов определяется крупностью, гранулометрическим составом, формой зёрен и количественным соотношением его компонентов, их взаиморасположением, наличием пор и дефектов.Структура бетона неоднородна из-за различных св-в компонентов. Для установления влияния структуры на св-ва бетона выделяют следующие разновидности структуры: 1)макроструктура – определяется крупной составляющей и строительным р-ром; 2)мезоструктура - формируется мелким заполнителем и цементным камнем; 3) микроструктура - формируется цементным камнем (цемент + вода). В зависимости от соотношения составляющих (щебня и песка) можно выделить: 1) базальную, 2.) поровую, 3) контактную макро- и мезоструктуры.

В бетонах с базальной макроструктурой зёрна щебня не образуют взаимных контактов, поэтому св-ва бетона обусловлены преимущественно св-ами р-ра. При постепенном насыщении макроструктуры щебнем до состояния взаимного контактирования создаётся поровая структура, образующая компактный щебёнистый каркас, способный воспринимать значительные усилия. При дальнейшем увеличении содержания щебня возникает контактовая макроструктура, кот. характерна для крупнопористых бетонов. Микроструктура цементного камня представляет собой неоднородную капиллярно-пористую структуру, образ-ся при взаимодействии цемента с водой. Св-ва микроструктуры зависят от минерального состава ПЦ клинкера, добавок, тонкости помола цемента, кол-во воды в затворении, условия твердения.

Классификация бетонов по различным признакам

II. По виду вяжущего: 1) цементные, 2) известковые, 3) гипсовые, 4) бетоны на основе гипсовых вяжущих.

III. По назначению: 1) Обычный - для бетонных и ж/б несущих конструкций зданий и сооружений (колонны, балки); 2) Гидротехнический – для возведения плотин, шлюзов; 3)Дорожный; 4) Специальный (кислотоупорный, декоративный, теплоизоляционный); 5) Бетон для стен зданий и лёгких покрытий.

Значения бетонов для индустриального строительства: Бетон явл. одним из важнейших строительных материалов во всех областях современного строительства. Это объясняется изменением свойств бетона в широком диапазоне путем использования компонентов соответствующего качества, применения спец. методов механической обработки, возможностью изготовления самых разнообразных по форме и размерам долговечных строительных конструкций, т.к. до 80-85% объема его составляют заполнители из местных каменных материалов.

Строительными вяжущими веществами называются порошкообразные материалы, образующие при смешивании с водой пластичную удобообрабатываемую массу, со временем затвердевающую в прочное камневидное тело. Это определение относится к неорганическим вяжущим веществам, которые рассматриваются в настоящей книге, а не к органическим вяжущим (битумы, дегти, клеи и им подобные материалы).

Вяжущие вещества в зависимости от состава, основных свойств и области применения делятся на группы.

Наиболее обширна группа гидравлических вяжущих, которые после затворения водой споcобны твердеть как на воздухе, так и в воде. После предварительного затвердевания на воздухе они продолжают твердеть в воде, длительно сохраняя и наращивая свою прочность. Гидравлические вяжущие вещества можно использовать в надземных, подземных и гидротехнических сооружениях, испытывающих воздействие воды.

В группу гидравлических вяжущих входят цемент, глиноземистый цемент, пуццолановые цементы, шлаковые цементы, цементы с наполнителями, расширяющиеся цементы, гидравлическая известь, романцемент. Известен ряд разновидностей этих вяжущих. Так, в зависимости от состава, различают цементы: обычный, алитовый, белитовый, алюмоферритный, ферритный, магнезиальный. В соответствии со специальными свойствами выделяют такие разновидности цементов, как быстротвердеющий, особо быстротвердеющий, пластифицированный, гидрофобный, сульфатостойкий, с умеренной экзотермией, белый и цветные, тампонажный, дорожный, для асбестоцементных изделий, магнезиальный. Разновидностями глиноземистого цемента являются ангидрито-глиноземистый и гипсо-глиноземистый цементы.

В подгруппу пуццолановых цементов входят: пуццолановый цемент, сульфатостойкий пуццолановый цемент, известково-пуццолановый, известково-глинитный и известково-зольный цементы; в подгруппу шлаковых — шлакоцемент, быстротвердеющий шлакоцемент, шлаковый магнезиальный цемент, известково-шлаковый, сульфатно-шлаковый, а в подгруппу цементов с наполнителями — двухкомпонентные цементы на основе цемента и наполнителей (карбонатный, песчанистый цемент), к этой же подгруппе относятся многокомпонентные цементы на базе цемента, наполнителей и гидравлических добавок. Известково-пуццолановые цементы, в соответствии с видом применяемых для их изготовления гидравлических добавок, делятся на цементы на основе добавок вулканического, осадочного происхождения или обожженных глинистых веществ.

Расширяющиеся цементы изготовляют на основе глиноземистого цемента или цемента с различными расширяющимися добавками. К этой подгруппе можно отнести и безусадочные цементы.

Группа воздушных вяжущих отличается тем, что после смешивания с водой эти вяжущие могут твердеть и длительно сохранять и наращивать, прочность только на воздухе. Воздушные вяжущие вещества применяют лишь в надземных сооружениях, не подвергающихся действию воды. В группу воздушных вяжущих входят воздушная известь, гипсовые вяжущие вещества и магнезиальные вяжущие вещества.

Воздушную известь изготовляют в виде негашеной комовой, негашеной молотой, карбонатной молотой, гидратной (пушонка). К гипсовым вяжущим веществам относятся: строительный гипс, формовочный гипс, технический (высокопрочный) гипс, ангидритовое вяжущее, высокообжиговый гипс, гипсовые вяжущие из гипсосодержащих пород, а к магнезиальным — каустические магнезит и доломит.

К группе вяжущих автоклавного твердения, наиболее эффективно твердеющих при автоклавной (гидротермальной) обработке в течение 6-10 ч при давлении насыщенного пара 9-13 атм, относят известково-кремнеземистые вяжущие, состоящие из извести и кварцевого песка, маршалита или других кремнеземистых материалов; известково-белитовые вяжущие из извести и белитового (нефелинового) шлама, песчанистые цементы и ряд других. Некоторые вяжущие этой группы, которые могут твердеть при обычных температурах, уже упоминались ранее.

К группе кислотоупорных вяжущих веществ, которые после затвердевания на воздухе могут весьма длительное время сохранять свою прочность при воздействии минеральных кислот, относят кварцевый кремнефтористый цемент и некоторые другие.

Двух- и многокомпонентные вяжущие материалы, состоящие, например, из цемента и активных минеральных (гидравлических) или наполнительных добавок (микронаполнителей), иногда называют смешанными, производными или сложными, в отличие от исходных цементов чистых или основных (без добавок). Употребляемый нередко термин — вещественный состав — характеризует содержание в смешанном вяжущем основного вида вяжущего и различных добавок.

Вяжущие вещества без добавки заполнителей, в виде вяжущего теста (смеси вяжущего вещества с водой), употребляются редко, так как при твердении большинство этих веществ дает большую усадку, что ведет к образованию трещин. Кроме того, введение заполнителей снижает стоимость изделий из вяжущих веществ и в ряде случаев придает специальные свойства. Обычно в строительстве отдельные камни или блоки связывают в одну монолитную массу строительным раствором, представляющим собой затвердевшую растворную смесь, состоящую из вяжущего вещества, песка или другого мелкого заполнителя и воды. Цельные монолитные части сооружения изготовляют из бетона, получаемого в результате затвердевания бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества, мелких и крупных заполнителей и воды. Из бетонных, а также из растворных смесей изготовляют различные строительные детали и конструкции. Затвердевшее тесто называют вяжущим или цементным камнем. Так же называют затвердевшую цементную часть раствора или бетона.

Строительные детали на основе вяжущих бывают различной формы и размеров, начиная от небольших плиток и кончая крупными элементами сборных железобетонных конструкций. Твердение этих изделий протекает при обычных или повышенных температурах (гидротермальная обработка изделий на основе цемента и извести, сушка гипсовых изделий и т.д.).

Для получения изделий из вяжущих веществ служат цемент, известь, гипс и реже магнезиальные и другие вяжущие вещества. В качестве заполнителей применяют песок, гравий, щебень, доменный и топливный шлаки, керамзит, аглопорит, шлаковую пемзу, вспученный перлит, природную пемзу и некоторые другие; армирующим же материалом является и арматурная сталь, асбест, древесные волокна и т. д.

Изделия из вяжущих веществ можно разделить на следующие основные группы:

1) бетонные и железобетонные из обыкновенных, легких и ячеистых бетонов на основе цементов;

3) силикатные плотные и ячеистые на основе извести;

Сырьем для производства вяжущих служат природные материалы (горные породы) и некоторые промышленные отходы. Эти материалы используются в отдельности либо в смеси друг с другом.

К природным сырьевым материалам относятся породы: гипсовые, известковые, глинистые, мергелистые, магнезиальные, высокоглиноземистые и кремнеземистые.

Гипсовые горные породы состоят в основном из двуводного CaSO₄*2Н₂О или безводного сернокислого кальция — CaSO₄. Эти породы применяются для производства гипсовых вяжущих, а в смеси с другими материалами — для изготовления сульфатно-шлаковых цементов. Наряду с этим гипсовые породы широко используются как добавки к различным вяжущим веществам. Основными видами гипсового сырья являются гипсовый камень (CaSO₄*2Н₂О) и ангидрит (CaSO₄).

Известковые породы в виде известняков, мелов, известковых туфов, известняков-ракушечников состоят в основном из углекислого кальция. Они используются для производства извести, портландцемента, глиноземистого цемента и смешанных вяжущих на их основе.

Глинистые породы в виде глин различных видов, суглинков, глинистых сланцев, лёссов, состоящих в основном из водных алюмосиликатов, применяют для производства цемента, смешанных вяжущих на его основе, а также на основе извести и обожженных глин.

Мергелистые породы представляют собой природную гомогенную смесь кальцита и глинистого вещества. Их применяют при изготовлении портландцемента и его производных, а также гидравлической извести и романцемента.

Магнезиальные породы в виде магнезита (МgСО₃) и доломита (СаСО₃*МgСО₃) употребляют в производстве магнезиальных вяжущих веществ, а также доломитовой извести.

Высокоглиноземистые породы (бокситы), состоящие главным образом из гидратов окиси алюминия, применяются в смеси ·с другими материалами для изготовления глиноземистого цемента.

Кремнеземистые породы (диатомит, трепел, пуццолана, трасс, кварцевый песок и др.) используются в смеси с другими материалами для изготовления смешанных цементов.

Отходы промышленности [металлургические и топливные шлаки, золы, белитовый (нефелиновый) шлам и др.] в смеси с другими материалами употребляются для получения различных цементов. В этом случае устраняется необходимость в организации карьеров для добычи полезного ископаемого и не образуются большие отвалы из отходов вблизи завода-изготовителя.

Заводы по производству вяжущих веществ применяют в качестве сырья широко распространенные горные породы и отходы других отраслей промышленности. Эти заводы строятся в большинстве случаев в местах залегания основного сырья, так как перевозить его невыгодно из-за его громоздкости, низкой стоимости и сравнительно небольшого выхода готового продукта, так как в ходе производства удаляются влага и углекислота.

Добавки, вводимые для регулирования свойств изготовляемых из вяжущих веществ растворов и бетонов и для экономии самих вяжущих веществ, можно разделить на следующие группы:

1) активные минеральные (гидравлические), повышающие плотность и стойкость вяжущих веществ в пресных и сульфатных водах: осадочного происхождения — диатомиты, трепелы, опоки, глиежи (глины естественножженые); вулканического происхождения — пеплы, туфы, пемзы, трассы; искусственно получаемые — доменные гранулированные шлаки, топливные золы и шлаки, обожженные глины (глинит, цемянка, керамзит, аглопорит), горелые породы (самовозгорающиеся в отвалах пустые шахтные породы), кремнеземистые отходы;

2) наполнительные (микронаполнительные), позволяющие экономить цемент и повышать плотность бетона: получаемые из горных пород — известняки, изверженные горные породы, пески, глины и т. п.; искусственные, получаемые из промышленных отходов, — доменные отвальные шлаки, некоторые виды топливных зол и шлаков и т. д.;

3) ускоряющие схватывание· и твердеющие вяжущих веществ: хлористый кальций, хлористый натрий, соляная кислота, сернокислый глинозем, поташ, молотая негашеная известь и др.;

4) замедляющие схватывание вяжущих веществ: гипс, слабый раствор серной кислоты, сернокислое окисное железо, кератиновый замедлитель, животный клей и др.;

5) поверхностно-активные: пластифицирующие — концентраты сульфитно-спиртовой барды (жидкие, твердые и порошкообразные); гидрофобно-пластифицирующие и микропенообразующие — мылонафт, асидол, асидол-мылонафт, абиетат натрия, омыленный древесный пек и др. К гидрофобно-пластифицирующим добавкам относятся и кремнийорганические жидкости: метилсиликонат натрия (ГКЖ-11, МСГ-9), этилсиликонат натрия. (ГКЖ-10, ЭСГ-9), этилгидросилоксановая жидкость (ГКЖ-94). Поверхностно-активные вещества уменьшают водопотребность и расход вяжущих, повышают морозостойкость бетонов и растворов. Гидрофобно-пластифицирующие добавки, кроме того предохраняют цементы от быстрой потери активности при дальних перевозках и длительном хранении;

6) пенно — газообразующие, применяемые для изготовления ячеистых бетонов: пенообразователи – клее — канифольные, смолосапониновые, алюмосульфонафтеновые, пенообразователь ГК; газообразователи — алюминиевая пудра, пергидроль технический;

7) повышающие кислото- и жаростойкость: кислотостойкие — тонкомолотые андезит, базальт, диабаз, бештаунит, гранит, кварц, природный пылевидный кварц и др.; жаростойкие — тонкомолотые хромит, магнезит, фосфоритная мука, шамот, полукислые огнеупорные изделия, металлургический магнезит, андезит, диабаз и др.

В основу приведенной классификации добавок положено ее целевое назначение. Некоторые добавки по оказываемому им действию могут быть отнесены к двум и более группам и используются и в тех, и в других случаях.

Добавки применяются как в сухом, порошкообразном, состоянии, так и в виде водного раствора, суспензии или эмульсии. Они вводятся в состав цемента или до затворения водой (путем совместного помола или последующего после помола смешения или непосредственно в бетономешалку или растворомешалку (одновременно с другими составляющими бетонной или растворной смеси).

Ряд добавок нашел широкое применение. Например, добавки замедляющие сроки схватывания, и активные минеральные другие добавки применяются реже.

В производстве вяжущих веществ для ускорения процессов служат различные минерализаторы и интенсификаторы, вводимые в небольших количествах. Так, для ускорения обжига цемента вводят фториды щелочных и щелочноземельных металлов, соли кремнефтористоводородной кислоты, сернокислый и хлористый кальций и др.; для ускорения процесса помола цемента вводят углеродистые материалы, поверхностно-активные вещества и некоторые другие; для снижения влажности шлама к сырьевой смеси добавляют разжижители в виде сульфитно-спиртовой барды, триполифосфата натрия и ряда других веществ.

Основные виды вяжущих материалов применяемые в цементной промышленности:

Для футеровки химической аппаратуры, а также для возведения резервуаров, башен и других специальных сооружений в химической промышленности применяются кислотоупорные цементы, так как обычные строительные вяжущие материалы растворяются кислотами. Кислотоупорные цементы состоят из смеси водного раствора силиката натрия (растворимого стекла), кислотоупорного наполнителя и добавки – ускорителя твердения.

Растворимое стекло представляет собой щелочной натриевый или калиевый силикат переменного химического состава, выражаемого общей формулой R₂O* n Si0₂, где R₂0 обозначает Na₂O или K₂O. Величина n характеризует отношение числа молекул кремнезема к числу молекул щелочи. Она называется модулем растворимого стекла и определяет его основные свойства.

Водный раствор растворимого стекла называют жидким стеклом. От обычного стекла оно отличается тем, что растворяется в воде. Наибольшее распространение получило более дешевое натриевое стекло, хотя калиевое и отличается лучшими свойствами жидкое стекло является вяжущим веществом, твердеющим на воздухе вследствие высыхания, а также под влиянием углекислоты.

Приводим реакцию разложения жидкого стекла под действием углекислоты воздуха

Само по себе жидкое стекло твердеет очень медленно вследствие образования на поверхностных слоях плотной пленки, препятствующей и проникновению С0₂ во внутренние слои и их высыханию. Поэтому для ускорения твердения применяют различные катализаторы, главным образом кремнефтористый натрий (Na₂SiF₆). Ускоряют твердение жидкого стекла и активные кремнеземистые материалы (активированный путем обработки серной кислотной трепел, активные кремнеземистые отходы и др.).

Растворимое стекло получают в стекловаренных печах так же, как и обычное стекло, но производство его отличается рядом особенностей. Сырьем служат кварцевый песок, сода или сульфат. Варка ведется при температуре 1300-1400°C. Выпускаемое из печи жидкое стекло быстро охлаждается, затвердевает и представляет собой стеклообразную хрупкую массу от слабоозеленого до темно-зеленого цвета, состоящую преимущественно из силиката натрия и называемую силикат-глыбой.

При обычных температурах силикат-глыба чрезвычайно медленно растворяется. Поэтому растворяют ее при повышенной температуре и давлении, для чего применяют автоклавы, в которые загружают куски стекла, а затем пускают острый пар под давлением 6-7 атм.

Возможен и более простой способ получения жидкого стекла; в автоклав загружают едкий натр и молотый диатомит и обрабатывают их паром под давлением 7 атм.

В строительстве применяется натриевое жидкое стекло с модулем от 2,5 до 3 и калиевое жидкое стекло с модулем от 3 до 4. При использовании жидкого стекла для кислотоупорных цементов стремятся к более высокому значению модуля.

Жидкое стекло не может долго сохраняться, его нужно держать в закрытой таре. При его транспортировке приходится перевозить значительное количество воды. Поэтому целесообразнее выпускать растворимое стекло в твердом виде (силикат-глыба) и растворять его на стройках в стационарных или передвижных установках.

Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент представляет собой порошкообразный материал, изготовляемый путем совместного помола или тщательного смешивания раздельно измельченных кварцевого песка и кремнефтористого натрия. Этот цемент затворяют жидким стеклом, после чего он превращается на воздухе в прочное камневидное тело, стойкое против действия большинства минеральных и некоторых органических кислот. Кислотоупорными заполнителями могут служить кварц, андезит, бештаунит, плавленый диабаз, гранит, базальт и др. Кислотоупорный заполнитель размалывается до зерен размером не более 0,15 мм. В отдельных случаях допускается добавка более крупного заполнителя с размером зерен до 0,5-0,75 мм.

Кремнефтористый натрий Nа₂SiF₆ представляет собой натриевую соль кремнефтористоводородной кислоты Н₂SiF₆. Получают его из отходов суперфосфатного производства. Употребляемый для кислотоупорного цемента технический кремнефтористый натрий не должен содержать более 5% примесей для 1 сорта и 7% для 2-го.

Плотность растворимого стекла должна быть не ниже 1,345 (37 0 Боме). Стекла берут в количестве 25-30% от веса кислотоупорных заполнителей, а кремнефтористого натрия — в количестве 15% от веса растворимого стекла.

При взаимодействии кремнефтористого натрия и растворимого стекла образуется нерастворимый гель кремнекислоты, который затвердевает и связывает зерна заполнителя. Реакция идет примерно следующим образом:

Водный раствор кремнефтористого натрия дает кислую реакцию. Это объясняется тем, что в нем имеется примесь свободной кислоты (Н F ) в количестве до 0,15%, а также гидролитической диссоциацией кремнефтористого натрия под действием воды с выделением Н F . Кислота нейтрализует в растворе растворимого стекла свободную щелочь, что наряду с образованием нерастворимого геля кремнекислоты обусловливает водоустойчивость этого цемента.

Затвердевший слой кислотоупорного цемента с добавкой кремнефтористого натрия может быть достаточно большим. Поэтому на основе этого цемента можно изготовлять бетонные монолиты.

По СНиП, кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент должен отвечать следующим требованием: содержание Si0₂ должно быть не менее 92%, остаток на сите № 02 не более 0,5%, а на ситах № 008 и № 0056 соответственно не более 10 и 50% от веса пробы; начало схватывания должно наступать не ранее 30 суток, а конец не позднее 6 ч от начала затворения; предел прочности при растяжении через 30 суток при хранении на воздухе как без последующего кипячения в серной кислоте, так и с ним должен быть не менее 20 кг/см 2 . Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент должен также выдерживать испытание на кислотоустойчивость (потеря при растворении цементного порошка в кислоте не должна превышать 7% и на лепешках после испытания не должно быть вздутий, отслаиваний и других видимых разрушений).

Мелкие заполнители получают из тех же горных пород, что и крупные. Все заполнители делятся на три вида: пылевидный заполнитель с размером зерен до 0,15 мм; песок с размером зерен от 0,15 до 5 мм; щебень с размером зерен выше 5 мм.

Примерный состав бетона в весовых частях: 1 ч. пылевидного заполнителя; 1 ч. песка; 1-2 ч. щебня и 0,4 ч. растворимого стекла. Кремнефтористый натрий берется в количестве 15% от веса растворимого стекла. В отличие от обычных бетонов кислотоупорный бетон твердеет в воздушно-сухих условиях при температуре не ниже + 10°С. Поливать твердеющий кислотоупорный бетон водой нельзя.

Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент применяют для изготовления башен, резервуаров, травильных ванн и других химических аппаратов. Его можно использовать для химической зашиты аппаратуры от воздействия минеральных и некоторых органических кислот. Он служит для покраски и обмазки, с его помощью создают цементные кислотостойкие покровы, заливают швы между кислотостойкими изделиями. Этот цемент применяется также для изготовления растворов и бетонов, подвергающихся воздействию минеральных кислот. Он стоек по отношению к перемежающемуся воздействию кислот и воды, его не следует использовать лишь в конструкциях, подвергающихся постоянному воздействию воды. Кислотоупорный цемент нельзя применять в условиях воздействия фосфорной, фтористоводородной и кремнефтористоводородной кислот, а также при наличии щелочной среды.

Жидкое стекло используют не только для получения кислотокпорных цементов, растворов и бетонов. Натриевое стекло употребляют в строительстве для приготовления жаростойких бетонов, для получения огнезащитных обмазок и для уплотнения (силикатизации) грунтов, бетонной и каменной кладки, а калиевое жидкое стекло — для силикатных красок, предназначаемых для окраски фасадов и внутренних поверхностей зданий.

По данным К. Д. Некрасова, бетоны на жидком стекле плотностью 1,36-1,38 в сочетании с кремнефтористым натрием, а также с шамотом класса В, андезитом и диабазом, служащим тонкомолотой добавкой, и базальтом, диабазом, андезитом и боем обыкновенного глиняного кирпича в качестве мелких и крупных заполнителей могут служить при температуре до 600°С. При использовании таких тонкомолотых добавок и заполнителей как тальк, хромит и шамот класса А и Б температура службы бетона на жидком стекле и кремнефтористом натрии повышается до 1000-1100°С. При применении в качестве тонкомолотой добавки и заполнителя боя магнезитового кирпича такой бетон может служить при температуре до 1400°С.

Кислотоупорный относится к химически стойким бетонам. Применяется в химически агрессивной среде при изготовлении бетонных сооружений. Для его изготовления необходимо соблюдать требования к кислотоупорным бетонам и материалам. Также четко регламентированы методы контроля параметров кислотоупорного бетона. Все эти требования определены ГОСТ 25246-82.

По свойствам кислотоупорные бетоны различаются химической стойкостью, видами связующего и заполнителя.

По стойкости они могут быть:

высокостойкими;
стойкими;
относительно стойкими;
нестойкими.

В зависимости от использованных связующих веществ, бетоны бывают:

фурановые;
полиэфирные;
фураново-эпоксидные;
карбамидные;
акриловые;
жидкостекольные.

Бетонные заполнители допустимо использовать плотные и пористые.

Марка (от М300 до М1100) характеризует параметры, среди которых:

прочность при сжатии;
прочность при растяжении;
плотность для бетона на пористом или плотном заполнителе;
морозостойкость.

Состав кислотоупорного бетона и производство

Для приготовления кислотоупорного бетона в качестве связующего применяются такие вещества, как фурфурол-ацетоновая, полиэфирная, фурано-эпоксидная смола, жидкое стекло. Для затвердения используют полиэтиленполиамин, бензолсульфокислоту, кремнефтористый натрий.

Как заполнитель в кислотоупорном бетоне используют щебень гранитный (крупный), песок кварцевый (мелкий), муку минеральную, диабаз (тонкомолотый). При этом фракция крупного заполнителя не должна превышать четверти расстояния между арматурой, в случаях, если конструкции из такого бетона необходимо армировать.

Изготовление бетонных смесей, стойких к влиянию агрессивной среды, производится в бетономешалках. Свойства таких смесей должны соответсвовать ГОСТ 7473-85. Для придания формы бетонным блокам применяется опалубка из стальных изделий. При этом должны соблюдаться условия для твердения изготовленных форм из бетона: температура выше 18 градусов по Цельсию и относительная влажность 70% в течение 30 суток.

После изготовления кислотоупорный бетон проверяют на плотность, прочность при сжатии, линейную усадку, водопоглощение, термостойкость, теплопроводность, морозостойкость, горючесть и ударную вязкость.

Бетон на жидком стекле

Наиболее широко применяются кислотостойкие бетоны, при приготовлении которых используется жидкое стекло. Они отличаются наибольшей стойкостью к концентрированным кислотам: серной, азотной, соляной. После реакции с такими кислотами высокой концентрации прочность и плотность бетона может увеличиваться. Но при этом, в среде, в которой используются кислоты низкой концентрации, бетон на жидком стекле малостоек из-за повышения рыхлости наполнителя, что ухудшает физико-химические свойства материала. Жидкие щелочи вызывают корродирование кислотоупорных бетонов.

Компоненты. Для лучшей способности сопротивления агрессивной среде необходимо использовать жидкое стекло в бетонной смеси не более 3%. При приготовлении бетона на жидком стекле необходимо предварительное смешивание жидкого стекла с водой в пропорции 250 мл силикатного клея на 10 л воды, после чего следует добавить воду в бетонную смесь.

Изготовление химически стойкого бетона

Для приготовления бетона используют жидкое стекло с содержанием натрия или калия. Наполнителем чаще всего служит диабазовая мука, песок, а также гранитный щебень нескольких размерных фракций.

При приготовлении тонкомолотый и мелкий наполнитель перемешивают щебнем, далее заливают жидким стеклом. В связи с быстрым затвердеванием смеси объем ее изготовления, как правило, составляет не более требуемого для применения.

Использование мелкого и тонкомолотого наполнителя в комплексе с крупным обеспечивает плотное заполнение пустот. Этим достигается лучшая сопротивляемость к воздействию агрессивной среды и воды.

Применение

Область применения данного материала весьма обширна в промышленной отрасли: нефтехимической, химической, металлургической и т. д.

Из кислотостойких бетонов выполняют сооружения, фундаменты, полы, настилы и другие конструкции и изделия, на которые в процессе эксплуатации возможны воздействия агрессивной среды, оказываемых веществами:

минеральные или органические кислоты;
растворители;
соли;
основания;
нефтепродукты.

Благодаря стойким к химическому воздействию свойствам сооружения и изделия, изготовленные из такого бетона, способны функционировать много дольше, чем если бы применялся обычный бетон.

В ряде сооружений из бетона обязательно его армирование. Кислотостойкий, как и другой строительный материал, можно армировать. При этом он не вызывает разрушение металла за счет хорошей адгезии с арматурой.

Читайте также: