Влияние продуктов взаимодействия щелочей со стекловидными алюмосиликатами на активность шлакощелочных цементов

Как было показано, повышенная активность алюмосиликатных стекол при взаимодействии со щелочами открывает возможность регулировать прочность шлакощелочных цементов и бетонов за счет введения их в эти системы как в молотом (компонент вяжущего), так и дробленом (заполнитель) состоянии. Поэтому значительный интерес представляют сведения о продуктах взаимодействия соединений щелочных металлов с силикатными стеклами, близкими по химическому составу к наиболее распространенным природным и искусственным алюмосиликатным системам, а также о физико-механических показателях синтезирующегося при этом искусственного камня.

С целью определения свойств гидратных продуктов, возникающих в этих случаях, исследованы щелочные натриевые, калиевые и щелочно-щелочноземельные натриево-кальциевые стекла, химический состав которых приведен в табл. 14.

По данным рентгенографического анализа (рис. 7—9), состав новообразований, возникающих при взаимодействии алюмосиликатных стекол со щелочами, подвержен значительным колебаниям. Так, продукты твердения композиций на основе стекла модели ортоклаза представлены, в основном, аморфным веществом; гидратных новообразований кристаллической структуры в условиях опыта зафиксировать не удалось, что можно объяснить слабо выраженной кристаллизационной способностью калиевых гидроалюмосиликатов. При затворении водой стекла № 10 и альбитового состава и последующей гидротермальной обработке продукты их твердения так же сохраняют аморфную структуру. На рентгенограммах после обработки этих стекол раствором Na₂СО₃ фиксируются четкие линии кристаллических новообразований с d = 7,07; 4,04; 3,18; 2,68 ?, принадлежащие цеолиту кубической сингонии. Продукты твердения стекла альбитового состава, содержащего 3,93 г NaOH, на рентгенограмме представлены, помимо этого, слабыми линиями, принадлежащими анальциму Na₂O·Al₂O₃·4SiO₂·2H₂O. Увеличение содержания щелочи до 10 г приводит к интенсификации процесса кристаллизации анальцима и уменьшению количества кристаллической фазы, принадлежащей цеолиту с d = 7.07; 4,09; 3,18 и 2,67 ?. В аналогичных композициях на основе стекла № 10 формируется анальцим.

В составе продуктов твердения стекла № 9, затворенного водой и раствором Na₂CO₃, после пропаривания также присутствуют кристаллические новообразования типа цеолита с d = 7,07; 4,05; 3,16 и 2,67 ?. При взаимодействии этого стекла со щелочью вместо них появляется новая кристаллическая фаза с d = 12,56; 5,53; 3,73; 3,27 и 2,83 ?. Аналогичные новообразования обнаружены в пропаренных образцах стекла № 12 и жадеитовой модели, затворенных раствором NaOH.

Можно полагать, что в данном случае этот продукт по структуре наиболее близок к цеолиту типа натролита Na₂O·Al₂O₃·3SiO₂·nH₂O. Фазовый состав продуктов твердения под давлением 8 кгс/см² стекол № 12 и жадеитовой модели в сочетании со щелочным компонентом, независимо от природы последнего, представлен анальцимом. В пропаренных образцах стекла нефелинового состава на воде, а также на гидроокиси и карбонате натрия кристаллизуется цеолит с d = 7,07 (7,16); 4,04; 3,18; 2,68 ?, а при запаривании — во всех указанных случаях формируется анальцим.

При изучении структурных изменений, происходящих с течением времени в искусственных камнях, синтезированных при различных режимах из алюмосиликатных стекол, они подвергались петрографическим исследованиям (в шлифах) в годичном возрасте. Камневидное вещество из стекла альбитового состава, затворенного NaOH, имело тонкокристаллическую структуру и округлые замкнутые поры, а из стекла ортоклазового состава, затворенного водой и обработанного под давлением 8 кгс/см² — представляло собой вещество в начальной стадии кристаллизации; камень, синтезированный из смеси этого стекла со щелочью, характеризовался большей степенью кристаллизации. При этом в материале были различимы мелкие поры округлой формы. Основная масса камневидного образования из стекла нефелинового состава, затворенного водой, представляла кристаллическое вещество; обработка его Na₂CO₃ приводит к увеличению количества кристаллической фазы и росту размеров кристаллов, а щелочами — уменьшает эффективный диаметр пор и вызывает дальнейшее укрупнение кристаллов. Камневидное вещество, возникающее на основе натриево-кальциевого стекла и NaOH, состоит в основной массе (до 70%) из неполяризующегося материала с мелкими округлой формы порами, остальная часть вещества представлена мелкокристаллическими образованиями.

Фотографии также свидетельствуют о кристаллической структуре новообразований (рис. 10).

Таким образом, в условиях твердения строительных бетонов стекловидные алюмосиликатные вещества, вступая в химическое взаимодействие с едкими щелочами, образующимися в процессе гидратации шлака соединениями щелочных металлов, а высокоосновные — и с водой, гидратируются и конденсируются в искусственный камень высокой прочности, превышающей в ряде случаев прочность шлакощелочного камня. Возникающие при этом гидратные новообразования как аморфной, так и кристаллической структуры, являются аналогами природных низкоосновных цеолитов типа R₂O·Al₂O₃·(2—4)SiO₂·nH₂O. Это позволяет заключить, что такие вещества в условиях щелочной среды проявляют себя как гидравлические вяжущие вещества гидратационного твердения и в связи с этим оказывают влияние на синтез прочности шлакощелочных бетонов как в случае, если вводятся в вяжущее, так и в случае, если используются в виде заполнителя [6, 9, 13].