Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




14.09.2019


14.09.2019


08.09.2019


03.09.2019


26.08.2019


13.08.2019


13.08.2019


08.08.2019


06.08.2019


30.07.2019





Яндекс.Метрика
         » » Вяжущие свойства и гидравлическая активность силикатов

Вяжущие свойства и гидравлическая активность силикатов

19.12.2017

Силикаты кальция и магния составляют основу всех медленноохлажденных (отвальных) доменных, мартеновских, феррохромовых, феррованадиевых и в меньшей мере ваграночных шлаков. Они преобладают также в составе отвальных шлаков электротермического производства фосфора, в шлаках и золах от сжигания некоторых видов топлива (горючих сланцев, бурых углей и торфа). Силикатами магния и железа сложены отвальные шлаки цветной металлургии. Поэтому гидравлические свойства минералов-силикатов изучены наиболее хорошо. Среди них преимущественное значение имеют островные силикаты — ортосиликаты с изолированными тетраэдрами (SiO4в4-) и диортосиликаты (алюмосиликаты) со сдвоенными тетраэдрами (Si2O7в6-) или (AlSiO7в7-), соединенными при помощи кальциево (магниево)-кислородных связей.

а) Островные силикаты. В эту группу входят трехкальциевый силикат (алит), ортосиликаты кальция, магния и железа, диортосиликат кальция (ранкинит) и сложные алюмосиликаты кальция и магния, входящие в группу мелилита.

Трехкальциевый силикат (алит) и в-модификация ортосиликата кальция являются основными минералами портландцементного Клинкера. Гидравлические свойства их хорошо изучены и подробно описаны.

Высокотемпературные модификации двухкальциевого силиката (а- и а'-) встречаются в шлаках весьма редко и в незначительном количестве. Вяжущие свойства их не изучены. Однако следует полагать, что в условиях водотепловой обработки эти модификации благодаря их неустойчивости способны к гидратации подобно в-2СаО*SiO2.

Ортосиликат кальция у-2СаО*SiO2. Ранее считалось, что при нормальной температуре гамма-модификация ортосиликата кальция является стабильной и самостоятельными гидравлическими свойствами не обладает. Однако работами П. П. Будникова и Р.Д. Азелицкой было доказано, что чистый у-2СаО*SiO2 при затворении водой и храпении во влажной среде подвергается гидратации с выделением гелевидных новообразований, очевидно гидросиликатов кальция. При этом скорость гидратации у-модификации оказалась весьма близкой к таковой в-2СаО*SiO2. Прочность при сжатии прессованных образцов составляла 19—26 кГ/см2 и к трем месяцам твердения достигла 100—165 кГ/см2. Было установлено также, что присутствие в-2СаО*SiO2 ухудшает процесс твердения у-2СаО*SiO2 и снижает прочность образцов.

Можно полагать, что отрицательное действие у-модификации обусловлено повышением концентрации CaO в жидкой фазе за счет отщепления гидрата окиси кальция при частичном гидролизе, препятствующего гидратации более устойчивой у-модификации. Повышению скорости твердения у-2СаО*SiO2, наоборот, способствуют растворы солей-электролитов, а также увеличение концентрации кремнекислоты за счет введения активных добавок.

Повышение температуры до 140—150° С ускоряет процесс гидратации у-модификации ортосиликата кальция и приводит к появлению, в зависимости от соотношения концентраций CaO и SiO2 в растворе, гидросиликатов кальция C2SH2 или CSH(B), а в присутствии затравок, также и C2SH(A). В условиях автоклавной обработки при температурах 150—290° С основным продуктом гидратации чистого у-C2S, по данным Функа, подтвержденным Ю.М. Буттом и Б.С. Бобровым, является гидросиликат C2SH(C).

Введение кремнеземистых добавок в виде молотого кварцевого песка сопровождается снижением основности образующихся гидросиликатов кальция до 0,8, что соответствует формуле волокнистого гидросиликата C4S5Hn и тоберморита.

На термограмме образца автоклавного твердения из смеси челябинского феррохромового шлака, состоящего из у-2СаО*SiO2 (65%), и молотого кварцевого песка (35%) Г.В. Геммерлинг и Б.С. Бобров обнаружили термические эффекты возникших при автоклавной обработке гидросиликатов кальций эндотермический эффект с максимумом при 740°С, свидетельствующий о присутствии гидросиликата C2SH(C), и экзотермический эффект с максимумом при 845° С, вызванный кристаллизацией в-CaO*SiO2 за счет обезвоженного волокнистого гидросиликата CSH(B) с основностью около единицы. Прочностные показатели соответствующих пластичных образцов достигают 200—250 кГ/см2 (при сжатии).

Таким образом, вяжущие свойства в-модификации ортосиликата кальция в наибольшей степени проявляются при водотепловой обработке в автоклаве под давлением 8 ат (изб) и более в присутствии кислых кремнеземистых или глиноземистокремнеземистых добавок. Повышенная щелочность среды способствует кристаллизации гидросиликата C2SH(C), что не приводит к существенному повышению прочности изделий.

Мервинит 3СаО*MgO*SiO2. Этот сравнительно редкий минерал магнезиальных мартеновских, феррохромовых и доменных основных шлаков изучен недостаточно.

Б.Н. Виноградовым проведены наблюдения за поведением мервинита, входящего в состав основного мартеновского шлака взвода «Серп и молот», при запаривании в автоклаве под давлением 8 ат совместно с активизаторами и без них.

В запаренном без добавок шлаке мервинит сохраняет прозрачность и четкие чистые грани. He меняется также кристаллооптическая характеристика. Введение кремнезема не приводит к гидратации мервинита. В его присутствии существенно ускоряется лишь гидратация в-2СаО*SiO2. При добавке извести отмечается появление вокруг зерен мервинита тонкой (порядка 1—1,5 мк) реакционной каймы в виде полупрозрачных гелевидных образований с ориентировочным светопреломлением 1,53.

Состав продуктов, возникающих при взаимодействии мервинита с гидратом окиси кальция, установить пока не удалось. По-видимому, имеет место замещение окиси магния более активной окисью кальция с выделением Mg(OH)2 и одновременным образованием гидросиликата кальция C2SH(C). При этом в связи с исключительно малой растворимостью Mg(OH)2 в насыщенном растворе Ca(OH)2, не происходит выноса гидрата окиси магния; поверхностная пленка новообразований уплотняется и преграждает доступ известкового раствора к неизмененному мервиниту.

Совместная добавка окиси кальция и тонкомолотого кварцевого песка активизует гидравлические свойства мервинита в наибольшей степени. На первом этапе запаривания, характеризующемся повышенной концентрацией CaO в жидкой фазе, происходит поверхностная гидратация мервинита с образованием двухосновного гидросиликата кальция и Mg(OH)2. На втором этапе, когда CaO связывается кварцевым песком и жидкая фаза обогащается кремнекислотой, имеет место, по нашему мнению, перекристаллизация двухосновного гидросиликата кальция в низкоосновный волокнистый гидросиликат кальция группы CSH(B) и частичное связывание Mg(OH)2 в гидросиликаты магния.

Монтичеллит CaO*MgO*SiO2. Монтичеллит кристаллизуется в магнезиальных средних и основных доменных и мартеновских шлаках. Встречается он довольно редко. Гидравлические свойства монтичеллита исследовались П.П. Будниковым,. В.С. Горшковым и Т.А. Хмелевской.

Гидратируясь в дистиллированной воде при нормальной температуре, зерна монтичеллита покрываются тонкой пленкой гелевидной массы.

При твердении монтичеллита в нейтральной среде наблюдается частичный гидролиз с отщеплением Mg(OH)2 и образованием гелевидных продуктов, отнесенных авторами к низкоосновным гидросиликатам кальция группы CSH(B).

Введение Ca(ОН)2 приводит к ускорению гидролиза монтичеллита и появлению новой кристаллической фазы, идентифицированной как гидросиликат кальция C2SH(C). Повышение основности гидросиликата кальция при гидратации монтичеллита с известью приводит к снижению прочности образцов. Добавка гипса не влияет на ход гидратации монтичеллита, так как последний химически не взаимодействует с гипсом. Повышение температуры твердения монтичеллита приводит к снижению прочности в 3—4 раза (95—110°С) и даже к разрушению образцов (175—200°С). Причины этого авторами работы не объяснены.

Таким образом, вопрос о гидравлической активности монтичеллита в условиях водотепловой обработки остался не выясненным. Следует полагать, что при правильном подборе активизаторов твердения монтичеллита и температурных условий твердения шлаки, содержащие этот минерал, могут стать полноценным сырьем для производства вяжущих веществ и строительных изделий.

Оливины 2MgO*SiO2 — 2FeO*SiO2. Магнезиальные разности оливинов — форстерит и природные оливины в дунитах — не обладают гидравлическими свойствами. Они устойчивы в нейтральной и щелочной средах, но сравнительно легко разрушаются в кислой среде с отщеплением части MgO и образованием гидросиликатов магния — серпентина или талька. Железистые разности оливинов, близкие к фаялиту, содержат кроме магнезиальной составляющей также марганцевую или цинковую в количестве до 10—20%. Такие оливины характерны для железистых шлаков цветной металлургии.

Реакционная способность магнезиального оливина в условиях автоклавной обработки изучена П.И. Боженовым, В.С. Сальниковой и В.В. Прокофьевой. По их данным, оливин активно взаимодействует с гидроокисью кальция при давлениях 16—100 ат, вследствие чего прессованные при 400 кГ/см2 образцы из теста приобретают прочность при сжатии до 350 кГ/см2, а образцы из вибрированного раствора 1:3 — прочность при сжатии 200—300 кГ/см2. Продукты взаимодействия авторами не изучены. Для них установлены интервалы дегидратации 350—450 и 600—800° С, соответствующие удалению воды из гидроокиси магния и гидросиликата кальция C2SH(C). Однако этих данных недостаточно для суждения о контактных реакциях оливина и Ca(OH)2 в гидротермальных условиях.

Специальные работы по выяснению гидравлических свойств железистых шлаковых оливинов не производились, хотя в некоторых исследованных нами пробах медеплавильных шлаков, (например, в Карабашском отвальном) оливины присутствуют в количестве до 20%, а по данным Ю.Е. Горбатого и М.С. Куприяновой, — даже до 40%- Поэтому, изучая процессы твердения отвальных шлаков цветной металлургии при запаривании с добавками-активизаторами, Б.Н. Виноградов фиксировал характер изменений кристаллов оливина.

В нейтральной среде оливин не изменяется. Присутствие гидрата окиси кальция приводит к появлению вокруг зерен оливина тонкой (около 1 мк) каймы более темного полупрозрачного геля, характеризующегося меньшим, чем негидратированный оливин, светопреломлением. При повышении содержания гидрата окиси кальция в образце и при введении небольшой добавки двуводного гипса толщина каймы гелевидных новообразований вокруг зерен оливина увеличивается до 1,5—2 мк. Состав новообразований остался не расшифрованным.

Учитывая аналогию в строении железистого оливина, магнезиального оливина и комплексных силикатов кальция и магния (мервинита и монтичеллита), правомерно наметить следующую схему реакций между гидроокисью кальция и шлаковыми железистыми оливинами при автоклавной обработке: (Fe, Mg)2SiО4 + 2Са(ОН)2 —> C2SH(C) + Fe(OH)2 + Mg(OH)2. Наблюдающаяся под микроскопом кайма гелевидных новообразований представлена, по-видимому, скрытокристаллическими гидроокисями магния и двухвалентного железа.

Ранкинит 3CaО*2SiО2. Работами Е. Флинта и Л. Уэллса установлено, что тонкомолотый ранкинит при длительном пребывании в дистиллированной воде подвергается медленному гидролизу. Первоначальные концентрации CaO и SiO2 в жидкой фазе соответствуют соотношению этих компонентов в минерале. Затем по достижении определенной степени пересыщения раствора наблюдается резкий рост концентрации CaO и осаждение гелевидного (субмикрокристаллического) гидросиликата с меньшей основностью, близкой судя по данным электрометрических измерений к 0,8—0,9. Таким образом, следует считать ранкинит слабогидравлическим минералом, требующим для заметной гидратации и гидролиза весьма длительного времени.

При водотепловой обработке (175—200° С) без щелочной активизации ранкинит в доменных отвальных шлаках не изменяется. При введении извести и пропаривании шлакового вяжущего признаков изменения ранкинита также не отмечается. Лишь автоклавная обработка при повышенном давлении (8—16 ат, а еще лучше 40 ат) приводит к взаимодействию ранкинита с известью. При этом на периферии кристалликов ранкинита появляется анизотропная каемка ориентированных пластинчатых кристалликов размером 1х3 мк, относящихся судя по оптическим константам (светопреломление в пределах 1,61—1,62 и двупреломление около 0,02) к гидросиликату C2SH(A). Дополнительное введение гипса не улучшает вяжущие свойства ранкинита.

Учитывая слабую адгезионную способность пластинчатого гидросиликата C2SH(A), следует для повышения прочности вяжущих автоклавного твердения на основе ранкинитовых шлаков обеспечивать перевод этого соединения в низкоосновные волокнистые гидросиликаты группы CSH(B) путем быстрого снижения концентрации CaO в жидкой фазе. Практически это достигается связыванием извести тонкомолотым кварцевым песком или другими кислыми добавками. Таким образом, для максимальной активизации вяжущих свойств ранкинита при запаривании целесообразно совместное введение извести и кремнеземистой добавки. Использование шлаков с преобладанием ранкинита в условиях пропаривания изделий не рекомендуется.

Мелилиты 2СаО*Al2O3*SiO2 (геленит) — 2СаО*MgO*2SiО2 (окерманит). Мелилиты являются наиболее распространенной кристаллической фазой доменных шлаков. Чаще встречается алюминатный мелилит, близкий к гелениту. С повышением содержания MgO в шлаке возрастают роль и содержание магнезиальной (окерманитовой) составляющей мелилита.

Гидратация мелилитов исследовалась многими учеными. По данным Ю.М. Бутта, А.А. Майера и Б.Г Варшала, геленит без добавок активизаторов практически не гидратируется, хотя в препаратах и появляются в очень малом количестве кристаллические анизотропные новообразования со средним светопреломлением 1,542±0,003. На рис. 3 даны термограммы продуктов гидратации геленита в суспензиях (а — без добавки активизаторов, б — с добавкой 20% CaO), подтверждающие устойчивость геленита в нейтральной среде. Введение щелочной добавки в виде окиси кальция резко активизирует скрытые вяжущие свойства геленита уже при нормальных условиях твердения (20° С), способствуя появлению гелевидных и, частично, мелкокристаллических анизотропных новообразований, отнесенных к гидрату геленита C2AS*nН2O на основании дифракционной картины рентгенограммы (линии с d/n = 2,446; 1,393; 1,259 и 1,130 А°).

При автоклавной обработке образцы из смеси геленита с 20% CaO приобретают высокую прочность — до 290 кГ/см2, обусловленную кристаллизацией гидрогранатов среднего состава C3AS1,2H3,6 (светопреломление 1,647±0,002). Присутствие гидрогранатов обнаружено также в продуктах твердения геленита с добавкой CaO при температуре 95° С. На термограммах (рис. 3, б) по уменьшению величины эндотермического эффекта c максимумом при 510—530° С хорошо видна динамика усвоения Ca(OH)2, а по возрастанию величины эндотермического эффекта обезвоживания гидрогранатов с максимумом при температуре 370—460° С — динамика их образования при водотепловой обработке. Полное усвоение гидрата окиси кальция в гидрогранаты обеспечивается запариванием под давлением 16 ат в течение 240 ч (нижняя термограмма). Геленит при этом разрушается полностью.
Совместное воздействие гипса и извести при твердении в нормальных условиях приводит к медленному разрушению кристаллической решетки геленита. При этом глинозем связывается в труднорастворимое комплексное соединение — гидросульфо-алюминат кальция, имеющее состав 3СаО*Al2O3*3CaSO4*31 — 32 H2O, а кремнезем образует гелевидные гидросиликаты кальция неустановленного состава. Повышение температуры твердения до 95° С способствует ускорению кристаллизации гидросульфоалюмината кальция в виде иголок и тонковолокнистой массы, хорошо видимых в иммерсионном препарате под обычным микроскопом.

При автоклавной обработке смесей геленита, гипса и извести образование гидросульфоалюмината кальция не наблюдается. В этих условиях гипс переходит в ангидрит, и за счет взаимодействия геленита с гидратом окиси кальция кристаллизуются гидрогранаты.

Гидратация мелилита (содержащего 80% алюминатной и 20% магнезиальной составляющих) изучена Ю.М. Буттом, А.А. Майером и Б.Г. Варшалом. Мелилит указанного состава в дистиллированной воде при отсутствии активизаторов не гидратируется. Добавка окиси кальция способствует твердению измельченного мелилита при пропаривании и запаривании в автоклаве, обусловленному взаимодействием этих компонентов с кристаллизацией гидрогранатов среднего состава C3AS12H3,6. При этом появление гелевидной фазы не отмечалось.

Влияние гипса на гидратацию мелилита не изучалось. Можно полагать, что при совместном воздействии извести и гипса на мелилит с преобладанием алюминатной (геленитовой) составляющей при температурах 20—95° С должна кристаллизоваться, хотя и с меньшей скоростью, высскосульфатная форма гидросульфоалюмината кальция.

Окерманит в нормальных условиях и нейтральной среде не гидратируется. Пропаривание при температуре 95° С, а особенно автоклавная обработка при 8—16 ат, способствуют твердению образцов за счет появления гелевидной фазы, цементирующей частицы неизмененного минерала и относящейся (судя по экзотермическому эффекту на одной из термограмм с максимумом при 840° С) к гидросиликату кальция CSH(B). Введение Ca(OH)2 активизирует вяжущие свойства окерманита уже при нормальном твердении, хотя прочностные показатели образцов с 14,4% извести невысоки и достигают к 12 месяцам 70 кГ/см2 (при сжатии). С повышением температуры твердения прочность образцов снижается, что обусловлено поглощением извести и кристаллизацией двухосновного гидросиликата кальция C2SH(A), идентифицируемого по эндотермическому эффекту на термограмме с максимумом при температуре 440—450° С.В работе П.П. Будникова, В.С. Горшкова и Т.А. Хмелевской в то же время имеются данные о том, что продукты гидратации окерманита при 185° С представлены гидросиликатами кальция C2SH(C) и магния 3MgO*2SiO2*2Н2O.

Таким образом, существует расхождение во взглядах на ход взаимодействия окерманита с Ca(OH)2. Двуводный гипс химически не реагирует с окерманитом.

Приведенные данные показывают, что гидравлические свойства мелилита с преобладанием алюминатной составляющей наилучшим образом активизируются: при нормальном твердении — добавкой извести и 5—15% гипса для формирования гидросульфоалюмината кальция; при водотепловой обработке — введением извести и 2—5% гипса с целью кристаллизации гидрогранатов.

Мелилит с преобладанием магнезиальной составляющей будет, по-видимому, лучше твердеть в условиях низкой концентрации CaO, т. е. при введении извести совместно с активной кремнеземистой добавкой и при повышенных температурах, когда происходит выделение и достигается стабильность гидросиликата кальция CSH(B).

б) Цепочечные силикаты. В группе цепочечных силикатов практический интерес представляет высокотемпературная a-модификация метасиликата кальция — минерал псевдоволластонит, часто встречающийся в средних и кислых доменных, ваграночных и фосфорных шлаках.

Значительно реже, только в кислых медленноохлажденных шлаках и золах от сжигания сланцев и торфа, наблюдается низкотемпературная в-модификация — минерал волластонит.

Псевдоволластонит а-СаО*SiO2. Е. Флинт и Л. Уэллс в ходе исследования системы CaO—SiO2—H2O и реакций воды с безводными силикатами кальция установили, что псевдоволластонит не обладает гидравлическими свойствами, т. е. образует при длительном взбалтывании в дистиллированной воде стабильные растворы с соотношением концентраций CaO и SiO2 1:1.

Гидравлическая активность псевдоволластонита а-СаО*SiO2 изучалась П.П. Будниковым и В.Л. Панкратовым. Установлено, что в нейтральной среде при температуре 20—174° С псевдоволластонит не обладает вяжущими свойствами. Введение 15% окиси кальция приводит к схватыванию вяжущего на основе псевдоволластонита. Однако прочность образцов нормального твердения из раствора 1:3 оказалась низкой (16 кГ/см2 в возрасте 28 суток). Применение водотепловой обработки способствовало незначительному повышению прочности при сжатии до 25 кГ/см2 в условиях пропаривания по режиму 4+8+2 ч и до 53 кГ/см2 в условиях автоклавной обработки при 8 ат в течение 4 ч. Дополнительная добавка 5 % двуводного гипса не привела к улучшению вяжущих свойств псевдоволластонита, что свидетельствует об отсутствии взаимодействия а-СаО*SiO2 с сернокислым кальцием.

Состав новообразований, обусловливающих твердение известково-псевдоволластонитовых смесей при водотепловой обработке, не изучался. Наиболее вероятными продуктами взаимодействия псевдоволластонита и гидрата окиси кальция будут, в зависимости от температуры и продолжительности запаривания, высокоосновные гидросиликаты кальция C2SH(A) или C2SH(C).

Волластонит в-CaO*SiO2. Для изучения поведения волластонита при водотепловой обработке с активизаторами (известью и гипсом) Б.Н. Виноградов исследовал образцы, полученные запариванием при 8 ат природного волластонита с указанными добавками.

В образце без добавок волластонит не изменился, признаков твердения обнаружено не было. Введение извести (20%) привело к затвердеванию образца (прочность при сжатии 140кГ/см2), обусловленному частично взаимодействием извести и примесей, имевшихся в исходном образце волластонита (кальцита и др.). Однако в формировании структуры цементирующего вещества участвовал и волластонит, о чем свидетельствует наличие тонкой (1—2,5 мк) реакционной каймы на поверхности кристалликов этого минерала. Состав продуктов реакции волластонита с известью из-за полиминеральности сырья и сложного фазового состава цементирующего вещества расшифровать не удалось. Внешне, по среднему светопреломлению, двупреломлению и форме, кристаллики новообразований реакционной каймы похожи на двухосновный гидросиликат кальция C2SH(A). Добавка гипса не изменила характера и скорости взаимодействия волластонита с известью.

Таким образом, активизация вяжущих свойств модификаций метасиликата кальция — псевдоволластонита и волластонита — достигается запариванием при введении извести. Однако образующийся при этом пластинчатый гидросиликат кальция C2SH (А) не придает материалу достаточной прочности, поэтому можно рекомендовать использование добавок в виде извести и измельченного кварцевого песка.

Цепочечные силикаты кальция, магния и железа — пироксены — отличаются весьма высокой устойчивостью и при действии воды не изменяются. В наших экспериментах, выполненных с применением пироксенсодержащих пород (пироксенита) и отходов (отвальных шлаков ваграночного производства и цветной металлургии), изменения пироксенов за счет взаимодействия с Ca(OH)2 и гипсом не отмечалось. Однако в работе П.И. Боженова, В.С. Сальниковой и В.В. Прокофьевой зарегистрирован факт твердения известково-пироксенитовых смесей в процессе высокотемпературной автоклавной обработки. Механизм твердения авторами не объяснен.

в) Каркасные силикаты. К каркасным силикатам относится довольно распространенный минерал кислых металлургических и топливных шлаков — анортит, а также более редкие минералы — альбит, калиевый полевой шпат, нефелин и лейцит. Характерной чертой шлаковых анортита и альбита является практическое отсутствие промежуточных по составу натриево-кальциевых разностей — плагиоклазов, столь обычных в изверженных горных породах.

Анортит CaO*Al2O3*2SiO2. Вяжущие свойства анортита исследовались Ю.М. Буттом, А.А. Майером и Б.Г. Варшалом. Было установлено, что анортит в нейтральной среде без добавки щелочного активизатора не гидратируется. При введении 20% Ca (OH)2 наблюдается заметная активизация вяжущих свойств анортита. В пропаренном образце появляются мелкие кристаллики гидрогранатов среднего состава C3As0,4H5,2 и небольшое количество тонкодисперсной гелевидной фазы. Повышение температуры водотепловой обработки до 170 и 203°С приводит к увеличению содержания гидрогранатов за счет полного усвоения введенной извести. Одновременно растет светопреломление гидрогранатов, свидетельствующее об изменении их состава до C3AS1,4H3,2. Образец из анортита с 20% Ca(OH)2, запаренный при 16 ат в течение 8 ч, показал прочность при сжатии 500 кГ/см2, обусловленную кристаллизацией гидрогранатов в виде монолитного сростка.
Реакции анортита с известью и гипсом при автоклавной обработке изучены Б.Н. Виноградовым. Установлено, что присутствие двуводного гипса обеспечивает небольшое (до 25—30%) увеличение прочности образцов при сжатии (рис. 4) и способствует ускорению связывания введенной извести. Уменьшается также содержание гидрогранатов в цементирующем веществе, что является следствием возникновения гелевидной фазы, содержащей глинозем и сульфат кальция и известной как фаза «X» Калоузека и Адамса. Глиноземистый тоберморит при этом, по-видимому, не образуется, так как на термограмме (рис. 5, кривая 2) отсутствует экзотермический эффект в интервале температур 800—850° С, характерный для этого минерала.

Приведенные результаты изучения влияния гипса на поведение анортита при автоклавной обработке и факт разрушения кристаллической решетки анортита при пропаривании с известью дают основание для применения сульфатно-щелочной активизации с целью получения вяжущего, твердеющего при нормальном давлении и температуре до 95° С за счет образования гидросульфоалюмината кальция.
Альбит Na2O*Al2O3*6SiO2. В нейтральной или известковой среде в условиях нормального твердения и пропаривания альбит вполне устойчив, но при автоклавной обработке, как это впервые показали работы Ю.М. Бутта, А.А. Майера и Н.С. Мануйловой, он взаимодействует с известью. Более подробные данные о реакциях альбита приведены в книге Б.Н. Виноградова.

Установлено, что при запаривании с Ca(OH)2 под давлением 8 ат альбит разрушается с периферии зерен и по трещинам спайности. Первоначально образуются двухосновные гидросиликаты кальция C2SH2 и C2SH(A), а также изотропные кристаллики низкокремнеземистых гидрогранатов. По мере связывания свободного гидрата окиси кальция в образце появляются гелевидные низкоосновные волокнистые гидросиликаты группы CSH(B).

Кроме гидросиликатов кальция и гидрогранатов в запаренных образцах на основе альбита присутствует фаза, содержащая Na2O. Судя по данным В.С. Сажина и др., комплексный гидросиликат натрия и кальция. имеет состав Na2O*2СаО*2SiО2*3H2O. Он весьма нестоек и в присутствии воды легко гидролизуется, отщепляя NaOH, переходящий в Na2CO3 за счет связывания углекислоты воздуха. Альбит является нежелательным компонентом шлаков и зол, так как вынос растворимых щелочных соединений может привести к высолам и выцветам на поверхности изделий, а также к отслаиванию фактурного слоя и появлению трещин.

Калиевые полевые шпаты K2O*Al2O3*6SiО2 (микроклин и ортоклаз). По данным Ю.М. Бутта, А.А. Майера, Н.С. Maнуйловой и Б.Н. Виноградова, калиевые полевые шпаты (микроклин и ортоклаз) при запаривании с известью разлагаются медленнее, чем альбит, но дают те же продукты: двухосновные гидросиликаты кальция C2SH2 и C2SH(A), гидрогранаты, волокнистые гидросиликаты кальция группы CSH (В) и гелевидные фазы, содержащие К2О. В связи с меньшей реакционной способностью калиевые полевые шпаты менее опасны, чем натриевые.

Нефелин K2О*3Na2О*4Al2О3*8SiО2 и лейцит K2O*Al2O3*4SiО3. Реакционная способность нефелина в условиях автоклавного твердения вяжущих и бетонов изучена Б.Н. Виноградовым. Установлено, что нефелин весьма активно взаимодействует с Ca(OH)2, почти нацело разрушаясь в течение 8 ч при 174,5° С. Реакционная способность его значительно выше, чем описанных ранее каркасных минералов (альбита, калиевых полевых шпатов и даже анортита). Об этом свидетельствуют термограммы образцов (рис. 5, кривые 7 и 8) с минимальным по величине эндотермическим эффектом дегидратации несвязанной Ca(OH)2 при 510—519° С. Продукты взаимодействия представлены гидросиликатами кальция группы CSH(B), кристалликами C2SH(A) и гидрогранатов. В гелевидной фазе присутствует также комплексный гидросиликат кальция и натрия Na2O*2СаО*2SiО2*nН2O, причем его содержание значительно выше, чем в аналогичных пи составу и условиям твердения образцах из щелочных полевых шпатов.

Весьма большое количество гидрогранатов и кристаллического гидросиликата кальция и натрия в цементирующем веществе обусловливает низкие прочностные показатели образцов автоклавного твердения из нефелина и извести, а нестойкость комплексного натриево-кальциевого соединения к гидролизу вызывает появление и миграцию растворимых щелочных соединений, в еще большей степени ухудшающих свойства бетонов и изделий на шлаковых и зольных цементах. Водотепловая обработка нефелина в щелочной (известковой) среде при атмосферном давлении также сопровождается разложением нефелина, хотя и значительно более медленным. Соответственно снижается содержание натриево-кальциевого гидросидиката в продуктах твердения. Тем не менее появление растворимых щелочных соединений в пропаренном бетоне на шлаках, включающих нефелин, по-видимому, неизбежно.

Специальные работы по выявлению устойчивости лейцита при водотепловой обработке в щелочной среде не производились. Однако на основании высокой реакционной способности и легкой выветриваемости этого минерала в природе под воздействием атмосферных осадков и углекислоты можно полагать, что он в той или иной степени будет взаимодействовать с гидратом окиси кальция. При этом, по-видимому, будут также возникать щелочные легко гидролизующиеся соединения.

На основании изложенного следует признать нежелательными компонентами шлаков как нефелин, так и лейцит.