Анна Анатольевна Суворова, Татьяна Дмитриевна Пришлецова, Галина Николаевна Сычева, Рудольф Петрович Соболев учебное пособие

Вид материала

Учебное пособие

Содержание 5. Вяжущие материалы автоклавного Гидросиликатным твердением 6.Кислотоупорные вяжущие материалы Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент 7. Фосфатные вяжущие материалы Титанфосфатный цемент Медьфосфатный цемент MgO фосфорной кислотой. Основным продуктом гидратации цемента является кислая соль MgHPO 8. Экспериментальная часть ОПЫТ 2. Качественные реакции на катион трехвалентного железа ОПЫТ 3. Качественная реакция на катион алюминия ОПЫТ 4. Получение негашеной извести СаО и ее гашение ОПЫТ 5. Отличие природного гипса от строительного ОПЫТ 6. Ускорение и замедление схватывания строительного гипса ОПЫТ 7. Получение водной вытяжки портландцемента и определение реакции раствора ОПЫТ 8. Частичное растворение и разрушение портландцемента кислотами ОПЫТ 9. Качественное определение ионов кальция и железа в портландцементе ОПЫТ 10. Получение водной вытяжки глиноземистого цемента и определение реакции раствора ОПЫТ 11. Частичное разложение глиноземистого цемента кислотами ОПЫТ 12. Качественное определение ионов кальция и алюминия в глиноземистом цементе ... Полное содержание

Подобный материал:

• Татьяна Николаевна Зырянова Ответственный за выпуск: Татьяна Николаевна Зырянова пояснительная, 139.7kb.
• А. Н. Суворова введение в современную философию учебное пособие, 1519.74kb.
• Перова Инесса Николаевна Теория и практика написания сочинения учебное пособие, 811.45kb.
• Об авторах балакай Анна Анатольевна, 115.51kb.
• А. Н. Суворова введение в современную философию учебное пособие, 1459.96kb.
• Яковлев Василий Иванович, Яковлева Галина Халимовна, Ярковский Сергей Игоревич. Отсутствовали:, 171.14kb.
• Просекина Анна Николаевна Руководитель проекта: Лаврентьев Сергей Леонидович диплом, 31.22kb.
• Казачкова Татьяна Николаевна Лауреат Iстепени Муратова Дана уэосз ЦК «Виктория»,, 149.58kb.
• Леушина Татьяна Викторовна кандидат экономических наук доцент фгбоу впо «Оренбургский, 351.98kb.
• Методическое пособие Музыкальный отдел Педагог дополнительного образования : Белякова, 487.48kb.

Контрольные вопросы.

1. Дайте определение гидравлических вяжущих веществ. Приведите примеры.
   
2. Каков химико-минералогический состав портландцемента?
   
3. Какие химические процессы протекают при обжиге портландцементного клинкера?
   
4. Какие добавки применяют при помоле клинкера?
   
5. Сущность теории твердения вяжущих, созданной А.А. Байковым.
   
6. Для какой стадии образования вяжущего вещества наиболее характерен процесс гидратации: стадия затворения, стадия твердения, стадия схватывания?
   
7. Какой из приведенных процессов выражает гидролиз составляющей портландцемента:
   

2CaO^.SiO₂ + nH₂O → 2CaO^.SiO₂^.nH₂O

3CaO^.SiO₂ + (n+1)H₂O →2CaO^.SiO₂^.nH₂O + Ca(OH)₂

3CaO^.Al₂O₃ + 6H₂O → 3CaO^.Al₂O₃^.6H₂O?

8. Укажите формулу двухкальциевого силиката: 2CaO^.Al₂O₃^.8H₂O, 2CaO^.SiO₂ , 2CaO^.Fe₂O₃ , 2CaO^.SiO₂^.nH₂O.
   
9. Глиноземистый цемент. Химический состав и процессы твердения глиноземистого цемента.
   
10. Что такое пуццолановый цемент, и с какими добавками его изготовляют?
    
11. Что происходит при химической коррозии цементного камня? Перечислите ее основные виды.
    
12. Какое действие оказывают на цементный камень минерализованные воды, содержащие органические или неорганические кислоты?
    
13. Поясните, в чем различно разрушающее действие углекислой и сульфатной коррозии.
    
14. Какими факторами может быть вызвана биогенная коррозия
    

5. ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ АВТОКЛАВНОГО

ТВЕРДЕНИЯ

Вяжущие материалы автоклавного твердения состоят из известково-кремнистых и известково-нефелиновых минералов. Кроме того, к ним относятся вяжущие на основе извести и малоактивных шламов, а также песчанистые портландцементы. Они затвердевают при обработке в автоклаве при температуре 200⁰С и давлении пара 0,9 – 1, 3 МПа в течение от 6 до 10 часов. В основе этого процесса лежит гидросиликатное твердение.

Гидросиликатным твердением называют процесс превращения известково-кремнеземистых смесей в твердое камневидное тело, обусловленное образованием гидросиликатов кальция при тепловлажностной обработке в автоклавах.

Автоклавная обработка силикатных материалов состоит из трех стадий. Первая стадия начинается с момента пуска пара в автоклав до достижения заданной температуры. Вторая стадия характеризуется постоянством температуры и заданного давления пара в автоклаве. При этом протекают все химические и физико-химические процессы, которые обуславливают возникновение цементирующих новообразований и твердения известково-песчаных или бетонных изделий. Третья стадия начинается с момента прекращения доступа пара в автоклав и включает время остывания изделий.

Пар, поступающий в автоклав, сначала охлаждается и конденсируется на поверхности силикатов, а затем, при постепенном повышении давления, пар начинает проникать в мельчайшие поры силиката и превращаться там в воду. При этом роль пара сводится к сохранению воды в материале в условиях высоких температур. Вода в порах растворяет гидроксид кальция и другие растворимые вещества, входящие в состав силикатов. Высокотемпературная автоклавная обработка при наличии жидкой воды способствует резкому ускорению химического взаимодействию кальция с кварцевым песком.

Взаимодействие гидроксида кальция с кремнеземом протекает с образованием двухосновного гидросиликата кальция.

2Ca(OH)₂ + SiO₂ = 2CaO^.SiO₂ · H₂O + H₂O

При увеличении температуры и длительности тепловлажностной обработки начинается образование одноосновного гидросиликата кальция:

Ca(OH)₂ + SiO₂ + H₂O = CaO^.SiO₂ · 2H₂O

Гидросиликаты кальция сначала образуются в коллоидном состоянии, но при наличии воды и высокой температуры с течением времени переходит в кристаллическое состояние. При этом обеспечивается высокая прочность изделий.

Известково-кремнеземистые материалы автоклавного твердения применяются при производстве силикатного кирпича, крупных блоков и панелей. Доступность сырья и его низкая стоимость, а также высокомеханизированные процессы производства обуславливают пониженную стоимость продукции. Стоимость силикатобетонных изделий на 10-20% ниже стоимости бетонных на основе цемента.


6.КИСЛОТОУПОРНЫЕ ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Кислотоупорные вяжущие материалы состоят, в основном, из кислотоупорного цемента (кварцевый кремнефтористый цемент).

Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент изготовляют путем помола и смешивания раздельно измельченных кварцевого песка SiO₂ (кислотоупорный наполнитель) и гексафторсиликата натрия Na₂SiF₆ , содержание которого в цементе находится в пределах от 4 до 14%. Вместо кварцевого песка можно применять другие не разлагаемые кислотами материалы (андезит, бештаунит, базальт и др.).

Кислотоупорный цемент затворяют водным раствором силикатов калия или натрия Na₂SiO₃, K₂SiO₃ (плав этих солей - жидкое стекло).

В результате взаимодействия жидкого стекла и гексафторсиликата натрия образуется гель кремниевой кислоты H₂SiO₃, который обволакивает зерна кислотоупорного наполнителя, склеивает их, обуславливая схватывание и твердение системы:

Na₂SiF₆ + 2Na₂SiO₃ + 3H₂O = 6NaF + 3H₂SiO₃¯

В процессе твердения участвует также углекислый газ из воздуха, способствующий возникновению дополнительного количества H₂SiO₃:

Na₂SiO₃ + CO₂ + H₂O = Na₂CO₃ + H₂SiO₃¯

Однако положительное действие углекислоты наблюдается только на поверхности изделий, поскольку глубина проникновения CO₂ сравнительно невелика.

Основным отличием кислотоупорного цемента от других минеральных вяжущих веществ является его химическая стойкость к действию минеральных кислот, за исключением фтористоводородной HF и кремнефтористоводородной H₂SiF₆. Это объясняется тем, что при действии сильных кислот на цемент они начинают взаимодействовать с его составляющими - силикатом натрия и фторидом натрия. При этом образуются слабые кислоты:

Na₂SiO₃ + 2HCI = H₂SiO₃  + NaCI

NaF+ HCI = HF + NaCI

При этом значительно снижается рН и выделяется дополнительно гель кремниевой кислоты и плавиковая кислота. Плавиковая кислота HF переводит кремниевую кислоту в летучий SiF₄, что способствует повышению проницаемости бетона.

Кислотоупорный цемент применяется для изготовления кислотоупорных замазок и бетонов, подверженных воздействию кислых сред. Не допускается применение цемента при строительстве и ремонте зданий и сооружений пищевой промышленности, так как присутствие гексафторсиликата натрия Na₂SiF₆ обуславливает его токсичность.


7. ФОСФАТНЫЕ ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

К фосфатным цементам относят титанофосфатные, медьфосфатные, магнийфосфатные, алюмофосфатные и другие вяжущие. При их изготовлении в качестве наполнителя используют оксиды металлов: FeO, CuO, BaO, TiO₂, ZnO, MgO. Практическое применение получили также алюмофосфатные цементы на основе гидроксида и гидрофосфатов алюминия. Для затворения фосфатных цементов используется 50-80% -ные растворы фосфорной кислоты.

Схватывание и твердение фосфатных цементов обусловлено образованием труднорастворимых фосфатов металлов, выделяющихся из жидкой фазы и цементирующих частицы непрореагировавшего избытка наполнителя. Конечными продуктами твердения являются кристаллогидраты фосфатов. Твердение может происходить, как при нагревании, так и при комнатной температуре.

Титанфосфатный цемент получают путем затворения порошка диоксида титана TiO₂ фосфорной кислотой при нагревании смеси. При нагревании до 800°С образуется кристаллический фосфат 5TiO₂^.2P₂O₅:

5TiO₂ + 4H₃PO₄ = 5TiO₂^.2P₂O₅$ + 6H₂O

Цемент огнестоек, не разрушается в кислых и нейтральных средах, но разлагается под действием щелочей. Этот цемент имеет большое электрическое сопротивление и может быть использован в качестве диэлектрика.

Медьфосфатный цемент изготовляют, затворяя порошок оксида меди (II) 70%-ным раствором фосфорной кислоты при нормальной температуре. Основным продуктом гидратации цемента является средняя соль Cu₃(PO₄)₂^.3H₂O:

CuO + 4H₃PO₄ = Cu₃(PO₄)₂^.3H₂O

Медьфосфатный цемент водостоек, устойчив к нагреванию до 700^оС.

Магнийфосфатный цемент получают, затворяя высокообожженный или плавленый оксид магния MgO фосфорной кислотой. Основным продуктом гидратации цемента является кислая соль MgHPO₄^.3H₂O:

MgO + H₃PO₄ + 2H₂O = MgHPO₄^.3H₂O


Алюмофосфатные цементы получают, затворяя гидроксид алюминия фосфорной кислотой. Основным продуктом гидратации является Al₂O₃ · 4P ₂O₅ · 8H₂O:

8H₃PO₄ + 2AI(OH) ₃ = Al₂O₃ · 4P₂O₅ · 8H₂O + 7H₂O

Алюмофосфатные цементы термостойки (до 1900°С). Их применяют для создания прочных с высокой сопротивляемостью удару покрытий металлов и алюмофосфатных огнеупорных бетонов.


8. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ОПЫТ 1. Качественные реакции на катионы кальция

А) Оксалат аммония (NH₄)₂C₂O₄ с ионами кальция образует белый осадок оксалата кальция. К двум каплям раствора хлорида кальция прибавьте две капли оксалата аммония и наблюдайте выпадение белого кристаллического осадка. Напишите уравнения реакции.

Б) Раствор соды (карбонат натрия) Na₂CO₃ с ионами кальция образует белый осадок. К двум каплям раствора хлорида кальция прибавьте две капли раствора карбоната натрия. Наблюдайте выпадение осадка. Напишите уравнение реакции.


ОПЫТ 2. Качественные реакции на катион трехвалентного железа

А) Гексацианоферрат (11) калия (желтая кровяная соль) K₄{Fe(CN)₆} с растворами трехвалентного железа образует темно-синий осадок берлинской лазури. К двум каплям трехвалентного железа добавьте две капли соляной кислоты и две капли гексацианоферрата (11) калия. Наблюдайте выпадение осадка. Напишите уравнение реакции.

Б) Роданид аммония NH₄CNS дает с катионами трехвалентного железа роданиды железа, окрашивающие раствор в кроваво-красный цвет. К двум каплям раствора трехвалентного железа добавьте одну каплю роданида аммония. Наблюдайте изменение окраски раствора. Напишите уравнение реакции.


ОПЫТ 3. Качественная реакция на катион алюминия

Нанесите каплю раствора соли алюминия на фильтровальную бумагу и положите на горлышко склянки с концентрированным раствором гидроксида аммония. После того как бумага пропитается парами аммиака, снимите ее со склянки и нанесите в центр получившегося пятна каплю раствора ализарина. Вновь положите на горлышко склянки с гидроксидом аммония и наблюдайте образование ярко-алого пятна на желтом фоне. В отсутствии алюминия пятно приобретает фиолетовый цвет.


ОПЫТ 4. Получение негашеной извести СаО и ее гашение

Кусочек мела положите в тигель. Тигель поместите в муфельную печь. Прокалите мел при температуре 900⁰ С в течение 1 часа. Образуется негашеная известь.

Прокаленный кусочек извести положите в фарфоровую чашечку и смочите несколькими каплями воды, наблюдайте за изменениями, происходящими при этом. Напишите уравнение гашения извести.

Добавьте в фарфоровую чашечку воды, перемешайте содержимое и отфильтруйте через воронку с фильтром в пробирку. Фильтрат разделите на три пробирки. В первой пробирке определите с помощью фенолфталеина реакцию среды. Во второй и третьей проведите качественные реакции на катион кальция.

ОПЫТ 5. Отличие природного гипса от строительного

На стеклянную пластинку насыпьте примерно равные порции порошка природного и строительного гипса. Каждую порцию замешайте с небольшим количеством воды до получения тестообразной массы. Оставьте оба образца на 15-20 мин. После обследования образцов напишите уравнение реакции схватывания строительного гипса и объясните причину рассыпания образца из природного гипса.


ОПЫТ 6. Ускорение и замедление схватывания строительного гипса

На стеклянную пластинку насыпьте семь одинаковых проб строительного гипса и затворите их одинаковым количеством затворителя. Первую пробу затворите водопроводной водой, вторую - раствором сульфата аммония (NH₄)₂SO₄, третью - раствором гидроксида кальция Ca(OH)₂, четвертую – хлоридом натрия NaCI, пятую – раствором этилового спирта, шестую - раствором клея ПВА и седьмую - раствором фосфата натрия Na₃PO₄. Затворение производится по возможности одновременно и быстро. Отметьте, за какой промежуток времени теряется пластичность каждого образца. Результаты опыта оформите в виде следующей таблицы.

Таблица 4.

Номер образца	Для затворения взяты	Время схватывания, мин	Вывод
1

В графе “Вывод” напишите, что является ускорителем и что является замедлителем схватывания по отношению к образцу, затворенному водой.


ОПЫТ 7. Получение водной вытяжки портландцемента и определение реакции раствора

В пробирку насыпьте один шпатель портландцемента и налейте до половины дистиллированной воды. В течение 2-3 мин энергично встряхивайте содержимое, затем предварительно отфильтруйте выпавший осадок через воронку с фильтром в пробирку. В первую пробирку прилейте 2-3 капли фенолфталеина. На что указывает появление малиновой окраски? Во второй и третьей пробирках проделайте качественные реакции на катион кальция. Напишите уравнение реакции затворения цемента водой.


ОПЫТ 8. Частичное растворение и разрушение портландцемента кислотами

В фарфоровую чашечку насыпьте примерно 1,5 шпателя цементного порошка и прибавьте 5-6 мл концентрированной соляной кислоты, осторожно перемешайте содержимое пробирки стеклянной палочкой. (Работа в вытяжном шкафу!) Наблюдайте образование геля кремниевой кислоты. Напишите уравнение реакции взаимодействия всех составляющих клинкера портландцемента с соляной кислотой. Долейте немного дистиллированной воды и отфильтруйте содержимое в пробирку.


ОПЫТ 9. Качественное определение ионов кальция и железа в портландцементе

Полученный в опыте 8 фильтрат разделите на четыре пробирки. В двух пробирках проведите качественные реакции на катион кальция. В третьей и четвертой проведите качественные реакции на содержание иона трехвалентного железа. Сделайте выводы и дополните их уравнениями прошедших реакций.


ОПЫТ 10. Получение водной вытяжки глиноземистого цемента и определение реакции раствора

В пробирку насыпьте примерно один шпатель глиноземистого цемента и налейте до половины дистиллированной воды. В течение 2-3 мин. энергично встряхивайте содержимое пробирки, затем предварительно отфильтруйте выпавший осадок через воронку с фильтром в пробирку. Если жидкость получается мутной, отфильтруйте повторно. Фильтрат разделите на четыре пробирки. В первой пробирке, добавив 2-3 капли фенолфталеина, определите реакцию раствора. Во второй и третьей пробирках проделайте качественные реакции на катион кальция. Раствор четвертой пробирки испытайте на присутствие катиона Al⁺³. Объясните отсутствие в фильтрате катиона алюминия. Составьте уравнение реакции взаимодействия двухкальциевого алюмината с водой.


ОПЫТ 11. Частичное разложение глиноземистого цемента кислотами

Примерно 1,5 шпателя порошка глиноземистого цемента растворите в фарфоровой чашечке, добавив 5-6 мл концентрированной соляной кислоты. Осторожно перемешайте содержимое. Что наблюдаете? (Работа в вытяжном шкафу!) Составьте уравнение реакции взаимодействия двухкальциевого алюмината с соляной кислотой. Добавьте в чашечку немного дистиллированной воды и отфильтруйте содержимое в пробирку.

ОПЫТ 12. Качественное определение ионов кальция и алюминия в глиноземистом цементе

Разделите фильтрат опыта 11 на четыре пробирки. В первых двух пробирках проведите две качественные реакции на присутствие ионов кальция. Во второй и третьей пробирках проведите две качественные реакции на присутствие иона трехвалентного железа. Капельным методом определите содержание ионов алюминия в фильтрате. Составьте уравнения реакций. Сделайте выводы о качественном составе глиноземистого цемента.

ОПЫТ 13. Частичное разложение глиноземистого цемента щелочами

В пробирку насыпьте примерно один шпатель глиноземистого цемента и налейте 5-6 мл раствора щелочи. Поставьте пробирку на 10 мин в водяную баню. Отфильтруйте содержимое пробирки и капельным методом определите содержание ионов алюминия в фильтрате. Сделайте соответствующие выводы.

ОПЫТ 14. Определение гигроскопической влаги в цементе

Цемент содержит гигроскопическую влагу, которая не входит в химический состав цемента. Содержание гигроскопической влаги является величиной переменной, зависящей от влажности окружающей среды, степени измельчения цемента и др.

Гигроскопическая влага удаляется в результате высушивания цемента при температуре 105-110⁰С.

В предварительно взвешенном бюксе с притертой крышкой взвешивают навеску цемента около 1 г. Бюкс помещают в сушильный шкаф с рабочей температурой 105-110⁰С и выдерживают его в течение часа. Затем бюкс вынимают щипцами с каучуковыми наконечниками, закрывают неплотно крышкой и охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры. После этого бюкс снова взвешивают, предварительно плотно закрыв его крышкой. Результаты взвешиваний записывают в таблицу 5. Содержание гигроскопической влаги в % вычисляют по формуле: W_% = 100 m₅ / m₃ .

Таблица 5

Масса пустого бюкса	Масса бюкса с навеской	Масса навески цемента	Масса бюкса с высуш. навеской	Масса гигроскоп влаги
m1	m2	m3 = m2 - m1	m4	m5 = m2 - m4

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


1. Пришлецова Т.Д., Суворова А.А., Сычева Г.Н. Неорганические вяжущие материалы. Методические указания к лабораторным работам по химии для студентов строительного факультета. М. МГУП, 2003.

2. Сулименко Л.М. Технология минеральных вяжущих и материалов на их основе: Учебник для вузов. М. Высшая школа, 1983.

3. Бутт Ю.М.. Сычев М.М., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих материалов. М. Высшая школа, 1980.

4. Мчедлов-Петросян О.П. Химия неорганических строительных материалов. М. Стройиздат, 1988.

5. Рояк С.М., Рояк Г.С. Специальные цементы. М. Стройиздат, 1983.


СОДЕРЖАНИЕ


Введение .3

1. Понятие и классификация вяжущих материалов .4

2. Процессы твердения неорганических вяжущих материалов………………………… 5

3. Воздушные вяжущие материалы 6

3.1. Гипсовые вяжущие материалы 6

2. 
   Строительная воздушная известь………………………………………………. ... 9
   
3. Магнезиальные вяжущие материалы ………… 10
   

4. Гидравлические вяжущие материалы 12

4.1. Портландцемент (ПЦ). 12

4.1.1. Получение и состав портландцемента… 12

4.1.2. Гидратация и твердение цементного камня .14

4.1.3. Регулирование скорости твердения портландцемента………… …………… 15

4.1.4. Особые виды портландцемента… …..16

4.1.5.Коррозия цементного камня и бетона .17

4.2. Глиноземистый и высокоглиноземистый цемент22

4.3. Пуццолановые цементы… …. 24

4.4. Специальные цементы гидротехнического назначения 26

4.5. Шлакопортландцемент………………………… 26

5. Вяжущие материалы автоклавного твердения 28

6. Кислотоупорные вяжущие материалы 28

7. Фосфатные вяжущие материалы ..29

8. Экспериментальная часть……………………………………………………..………..31

9. Список использованной литературы………………………………………..………… 34