/ учебное пособие химия цемента. Цемент кислота


Цементы, стойкие к воздействию различных соединений

stroy-server.ru

Цементы, стойкие к воздействию различных соединений

Действие неорганических кислот. Цементы, используемые для изготовления бетонных сооружений, подвергаются кислотной коррозии. Суть действия кислоты заключается в реакции с составляющими цементного камня, в результате чего образуются легкорастворимые соли, которые вымываются из бетона. Образующиеся же нерастворимые соединения, например гидроокись кремния или алюминия, остаются в виде рыхлых масс. Скорость разрушения бетонов при этом виде коррозии зависит во многом от растворимости продуктов реакции. Агрессивность фазы при кислотной коррозии оценивается водородным показателем: при рН«6 становится заметно отрицательное воздействие кислой воды на бетон. Следует отметить, что все виды портландцементов некислотостойки: 1%-ные растворы серной, соляной и азотной кислот сильно разъедают бетон в течение довольно небольшого периода времени. То же относится к 5%-ной фосфорной кислоте.

Конечными продуктами действия кислоты на цементный камень будут гель кремнекислоты, а также кальциевые и алюминиевые соли данной кислоты:

CSH + 2HN03-Si02 • rth30 + Ca(N03)2 + h30, C2AH8+HN03 * Al2(N03)3 + Ca(OH)2.

С целью защиты сооружений от кислотной коррозии были созданы кислотоупорные цементы. Их получают совместным помолом кварцевого песка и кремнефтористого натрия. При использовании цемента его затворяют водным раствором силиката натрия, т. е. жидким стеклом.

Различают три разновидности кислотоупорного цемента. Первая представляет собой тонкомолотую смесь кварцевого песка и 4% Na2SiF6, затворяемую натриевым жидким стеклом. Вторая разновидность отличается от первой большим (не менее 8%) содержанием Na2SiF6 Третья разновидность содержит не менее 14% кремнефтористого натрия.

Область применения кислотоупорного цемента зависит от его разновидности: первая разновидность цемента используется для приготовления кислотоупорных замазок, вторая —для получения растворов и бетонов для футеровки различных химических аппаратов на предприятиях химической, коксохимической отраслей промышленности, третья —для сооружения кислотохранилищ, варочных котлов, защиты полов от действия кислот, газоходов от коррозии при транспортировании сернистых, хлористоводных и других газов.

Анализ термодинамических расчетов для реакции взаимодействия составных частей цементного камня и бетона с кислыми газами позволяет сделать следующие выводы:1. Кислые газы в атмосферных условиях корродируют цементный камень и бетон 2. По устойчивости к кислым газам составные части цементного камня и бетона располагаются в следующий ряд: СаСОз > C5S6H5,6 > С4АН19 > Са(ОН)2 > С3АН6 > С2АН8 > САНю.3. Продукты гидратации глиноземистого цемента в химическом отношении больше подвержены воздействию кислых газов по сравнению с продуктами гидратации обычного портландцемента.4. Карбонатные породы являются более стойкими к кислым газам, чем составные части цементного камня, поэтому их целесообразно применять в качестве заполнителей бетона, предназначенного для работы в условиях воздействия SO2 и h3S.5. Гидроалюминаты уменьшают стойкость цементного камня по отношению к кислым газам, поэтому применение сульфа-тостойких цементов (с содержанием 6% СзА) для приготовления бетона, предназначенного для эксплуатации в условиях взаимодействия промышленных кислых газов, целесообразно по сравнению с обычными и тем более высокоалюминатными цементами.

Поскольку карбонаты более стойки к действию кислых газов, их целесообразно использовать в качестве заполнителей для бетонов, работающих в таких средах.

Долговечность бетонных изделий в большой степени зависит от плотности, водонепроницаемости и вида применяемого цемента, а также от специальных мер, связанных с изоляцией бетона от агрессивной среды (например, окраска, оклейка, оштукатуривание, разные способы гидроизоляции). Способ защиты от коррозии устанавливается в каждом конкретном случае в зависимости от причины, которая может ее вызвать.

При проектировании следует руководствоваться «Указаниями по антикоррозионной защите строительных конструкций, учитывающими условия взаимодействия внешней среды и бетона. Природные воды различаются по агрессивности к бетону и в СНиПе приведены «Признаки и нормы агрессивности воды — среды».

Действие органических кислот. По степени их воздействия различают две группы кислот: к первой группе относятся кислоты со сравнительно низкой молекулярной массой, например молочная и масляная, образующиеся при прокисании молока и масла; уксусная, содержащаяся в уксусе и употребляемая при солении различных пищевых продуктов, а также в других производственных процессах; щавелевая и винная. Все эти кислоты растворяются в воде; ко второй — кислоты с высокой молекулярной массой, например олеиновая, стеариновая и пальмитиновая, входящие в состав различных масел и жиров.

Молочная кислота оказывает наибольшее разрушительное действие на схватившийся цемент, в связи с чем на маслодельных и сыроваренных заводах бетонные полы часто разрушаются.

Этот процесс усиливается, когда на пол попадает пена от молока. Полы из керамических плиток, уложенных на цементном растворе, также разрушаются в таких условиях эксплуатации. При погружении цементных или бетонных образцов в раствор молочной кислоты происходит постепенное разложение цемента и выделение заполнителей, пока в конце концов почти весь вяжущий материал не будет удален. При этом расширения бетона не происходит. В растворах молочной кислоты, концентрация которых несколько выше 1%, глиноземистый цемент разрушается гораздо быстрее, чем портландцемент, но по мере разбавления раствора кислоты устойчивость глиноземистого цемента возрастает.

Отходы маслодельных и сыроваренных заводов содержат молочную кислоту с величиной рН до 4; на предприятиях, где перерабатываются эти отходы, бетон на глиноземистом цементе остается невредимым, а на портландцементе — разрушается. Глиноземистый цемент успешно применяется на маслодельных заводах в связи с его высокой устойчивостью против сильно разбавленных органических кислот. Однако, он неустойчив при действии сильно щелочных дезинфицирующих средств.

В качестве вяжущего для полов из керамической плитки в помещениях, где молоко обрабатывается и разливается в бутылки, применяют кислотоупорные цементы. Ни пуццолановые цементы, ни шлакопортландцемент не обладают какими-нибудь преимуществами перед портландцементом в отношении устойчивости против действия молочной кислоты. Кроме того, шлакопортландцемент при соприкосновении содержащихся в нем сульфидов с кислотой приобретает неприятный запах. Этим же недостатком обладает и сульфатно-шлаковый цемент, хотя его устойчивость при действии молочной кислоты можно считать более высокой.

Обработка поверхности бетонных полов не дает значительного эффекта в смысле повышения их кислотоустойчивости. Поэтому баки для хранения разбавленных растворов молочной кислоты, например сыворотки, покрывают кислотоупорной битумной краской или смоляным лаком. В сыроварнях применяют более прочные покрытия, например из асфальтовой мастики или белых глазурованных керамических плиток, предпочтительно на кислотоупорном цементном растворе.

Масляная кислота оказывает на бетон такое же действие, как и молочная. Она содержится в прокисшем силосе.

Уксусная кислота разрушает схватившиеся цемент и бетон, в 5%-ном растворе (почти максимальная концентрация кислоты в уксусе) она в течение нескольких месяцев оказывает на них заметное разрушительное действие. При этой концентрации глиноземистый цемент разрушается даже гораздо быстрее; он более устойчив к действию растворов с концентрацией меньше 0,5%. Пуццолановый цемент и шлакопортландцемент обладают У большей устойчивостью, чем портландцемент. Для защиты бетона от воздействия слабых растворов уксусной кислоты применяют кислотоупорные краски и покрытия из горячего парафина. Для защиты бетонов от сильных растворов уксусной кислоты требуются более надежные покрытия, чем от молочной кислоты.

Винная кислота действует на бетон так же, как молочная и , уксусная. Сильно разбавленные растворы винной кислоты, например во фруктовых соках, как правило, не вызывают значительного разрушения бетона, но сам бетон вредно действует на соки. Из этих соображений, а также ввиду присутствия в соках Сахаров рекомендуется наносить на поверхность бетона покрытия, например из кремнефтористых соединений. Яблочный сок, содержащий яблочную кислоту, может вызвать серьезные разрушения бетонов на портландцементе и на глиноземистом цементе.

Щавелевая кислота оказывает незначительное действие на портландцементный бетон, поэтому ее применяют даже для обработки бетонных поверхностей, желая придать им большую устойчивость к действию других слабых органических кислот. При этом образуется нерастворимая поверхностная пленка оксалата кальция. Щавелевая кислота не оказывает агрессивного действия и на глиноземистый цемент.

Кислоты с высокой молекулярной массой, например олеиновая, стеариновая и пальмитиновая, а также обычные ненасыщенные и насыщенные кислоты жирного ряда оказывают ясно выраженное агрессивное действие на бетон: оно возрастает по мере увеличения молекулярной массы в ряду стеариновой (СПН2П02) и олеиновой (Cnh3n—2O2) кислот. Исключение из этого правила составляют низшие члены ряда. Эти жирные кислоты с высокой молекулярной массой встречаются в промышленности как составные части масел и жиров. Все они не растворяются в воде.

При обычных температурах главные члены ряда стеариновой кислоты представляют собой твердые вещества с низкой точкой плавления, а члены ряда олеиновой кислоты —жидкости с высокой точкой кипения. Как правило, эти кислоты как составные части масел оказывают агрессивное действие на любой незащищенный бетон. Разрушение обычно бывает более сильным, когда бетон работает на воздухе (полы), чем когда он постоянно погружен в жидкость. Хотя шлакопортландцемент, глиноземистый и пуццолановый цементы более устойчивы к действию этих кислот, чем портландцемент, разница столь незначительна, что не имеет практического значения.

Действие растительных, животных масел и жиров. Растительные и животные масла и жиры состоят главным образом из глицеридов или других сложных эфиров — высших членов нескольких рядов жирных кислот. В некоторых случаях они содержат также значительные количества соответствующих свободных жирных кислот и спиртов. Глицерин является главным спиртовым компонентом масел и жиров и встречается, например, как глицерид стеариновой кислоты (стеарин) в сале и лярде, как глицерид пальмитиновой кислоты (пальмитин) — в пальмовом масле, как глицерид олеиновой кислоты (олеин) — в оливковом масле.

Масла растительного происхождения, даже совершенно свежие, обычно содержат довольно большое количество свободных жирных кислот. В свежевытопленных животных жирах обычно присутствует немного свободной кислоты, но количество ее возрастает при хранении этих жиров на воздухе. Прогорклость масла и жиров появляется в результате окисления некоторых свободных жирных кислот, содержащихся в них.

Глицериды и другие сложные эфиры при гидролизе распадаются на составляющие их спирт и кислотные компоненты. Этот процесс, называемый омылением, может быть вызван действием растворов кислоты или щелочи. При соприкосновении масел с бетоном свободная известь, содержащаяся в схватившемся цементе, омыляет материал, образуя кальциевую соль жирной кислоты и выделяя многоатомный спирт. Этот спирт, в свою очередь, может вступать в реакцию с известью. Так, с олеином образуется олеат кальция и глицерин; последний соединяется с известью с образованием глицерата кальция. Таков типичный механизм разрушительного действия омыляющих масел и жиров на бетон. Если присутствуют и свободные кислоты, как это часто бывает, то они также действуют на бетон с образованием кальциевых солей этих кислот.

Степень разрушения бетона под действием масел зависит от того, насколько они проникают внутрь бетона. Таким образом, вязкость масла является важным фактором, и при прочих равных условиях агрессия, по-видимому, проявляется тем слабее, чем большей вязкостью обладает масло. Масла при хранении на воздухе поглощают влагу и окисляются, в результате чего усиливается их агрессивность. Следовательно, такие масла можно без опасений хранить в закрытых бетонных баках, но они разрушающе действуют на бетонные полы, которые легко теряют защитное покрытие и становятся доступными для воздуха и влаги.

Глицерин в больших количествах производится в мыловаренной промышленности. Свободный глицерин не входит как составная часть в твердые мыла, но обычно содержится в жидких мылах. Он полностью смешивается с водой в любых пропорциях и является растворителем извести.

Агрессивное действие глицерина на бетон выражается в том, что он медленно связывается со свободным гидратом окиси кальция в схватившемся цементе и растворяют его. Слабый 2%-ный раствор глицерина в воде оказывает разрушительное действие на свежеуложенный портландцементный бетон, но почти не действует на хорошо карбонизировавшуюся поверхность затвердевшего бетона. Для хранения разбавленных растворов глицерина пользуются стальными баками, покрытыми цементным раствором; причем при сооружении их требуется исключительная тщательность. Для защиты от агрессивного действия слабых растворов глицерина поверхность бетона обрабатывают синтетической смолой или другими подходящими красками, но при хранении более сильных растворов (10%-ных и выше) это не помогает, требуются более толстые защитные покрытия. Установлено, что концентрированный глицерин, содержащий лишь несколько процентов воды, менее агрессивен.

К наиболее часто встречающимся неминеральным маслам относят хлопковое, пальмовое, оливковое, кокосовое, льняное, репное, тунговое, лярдовое масла, рыбий жир. Как правило, все они агрессивны по отношению к незащищенному портландце-ментному бетону, хотя в некоторых случаях их вредное действие можно свести к минимуму. Некоторые быстровысыхающие масла, например льняное и тунговое, часто используют при обработке поверхности бетона.

Проблема устойчивости бетонных полов к действию масел и жирных кислот представляет интерес для многих предприятий, на которых производится мыло, маргарин, жиры, консервы, свечи, смазочные масла, смазка на растительной основе и др. Трудности, которые при этом возникают, усугубляются еще тем, что полы должны противостоять сильному износу от движения тележек. Замена стальных ободьев колес резиновыми там, где это возможно, часто значительно снижает износ бетона.

В мыловаренной промышленности и на заводах по производству растительных масел было установлено, что полы из портландцементного бетона обычно оказываются непригодными в тех случаях, когда они подвергаются действию растительных масел и кислот. Даже полы из бетона с крупным гранитным заполнителем или бетонные полы, затертые чистым цементом, размягчаются и в конце концов разрушаются. Чем выше содержание свободных жирных кислот в маслах, тем скорее проявляется их агрессивное действие. Добавки, повышающие твердость бетона, оказывают хорошее действие на его поверхность и несколько уменьшают ее износ, однако при большой нагрузке они не помогают. Было также установлено, что бетонные полы плохо служат на предприятиях, изготавливающих животные жиры, маргарин и т. д. В тех же случаях, когда жир остается на полу сравнительно короткое время, бетон может эксплуатироваться вполне удовлетворительно. Часто бетонные полы защищают стальными плитами.

Хлопковое масло быстро разрушает портландцементный бетон. Более устойчивым оказался бетон на шлакопортландцемен-те, а самым устойчивым — бетон на глиноземистом цементе. При значительном содержании свободных органических кислот в масле устойчивость глиноземистого цемента понижается и может стать такой же, как у портландцемента. Репейное масло оказывает сильное агрессивное действие как на портландцемент, так и на глиноземистый цемент. Действие лярдового и сырого льняного масел проявляется значительно медленнее. Глиноземистый цемент, по-видимому, не обладает каким-либо преимуществом перед портландцементом в отношении устойчивости к действию льняного масла. Но бетон на сульфатно-шлаковом цементе и через 5 лет не обнаружил признаков разрушения под действием льняного масла. Портландцементный бетон быстро разрушается при обработке его кокосовым маслом.

Вопрос о сравнительной устойчивости различных цементов против агрессии масел изучен еще недостаточно. Так, в некоторых случаях глиноземистый цемент более устойчив, чем портландцемент, однако это не является общим правилом. В Германии применяют пуццолановые портландцементы или шлакопорт-ландцементы, но они лишь частично повышают долговечность полов, подвергающихся агрессивному действию масел.

Бетонные баки, используемые для хранения различных масел, не подвергаются столь сильному разрушению, как можно было бы ожидать на основании испытаний небольших образцов или опыта службы бетона в условиях воздействия воздуха и атмосферной влаги. Часто в качестве защитных средств применяют растворы силиката натрия и крем нефтор исто го магния, но в более тяжелых условиях лучшие результаты дают смоляные краски. Битумные материалы, размягчающиеся под действием масел, непригодны для защиты поверхности бетона.

Агрессивное действие скипидара на бетон невелико, но он обладает способностью глубоко проникать в него. Смазочные масла нефтяного происхождения не оказывают агрессивного действия на бетон, хотя многие из них содержат растительные масла. То же самое относится к маслам, применяемым для охлаждения инструмента на заводах. Такие масла, попадая на бетонный пол, вызывают постепенное его разрушение, а также проникают глубоко в бетон, иногда даже просачиваются насквозь. Глиноземистый цемент наиболее устойчив, чем портландцемент, к этому виду агрессии.

Действие сахарных растворов на бетон. Проблема создания бетонных полов, устойчивых к действию сахарных растворов, часто горячих, весьма актуальна для различных предприятий пищевой и кондитерской промышленности. Сахарные растворы оказывают агрессивное действие на полы из портландцемент-ного бетона. Соединенное действие этих растворов и механического истирания может привести к разрушению бетонных полов. Рекомендуют применять для защиты бетонных полов пуццола-новые цементы и обрабатывать поверхность бетона растворами силиката натрия или кремнефтористого магния, что лучше. Но эти способы защиты дают лишь временный эффект. Использование глиноземистого цемента для изготовления бетона или в качестве защитного покрытия на портландцементном бетоне дает лучшие результаты. Однако и он не может обеспечить высокую долговечность бетона.

Применение бетонных резервуаров для хранения мелассы дало удовлетворительные результаты, однако в некоторых случаях было отмечено размягчение и растрескивание поверхности бетона. Установлено, что светлая очищенная меласса является более агрессивной, чем темная. Рекомендуется выдерживать бетон перед заполнением резервуара по крайней мере в течение 28 сут на воздухе и обрабатывать его поверхность кремнефто-ристым магнием или силикатом натрия.

Читать далее:Кислотостойкие материалыЗубные цементыПрименение связующих в производстве огнеупорных и жаростойких бетонов и массПрименение связующих в электродно-флюсовом производствеПрименение связующих в литейном производствеЗащитно-декоративные покрытия на основе неорганических связующихСвязующие для укрепления грунтовСвязующие для безобжигового окускования руд и рудных концентратовЗоли кремнеземаСухие щелочные силикатные связки (порошки)

Урок №42. Кремний и его соединения. Стекло. Цемент.

КРЕМНИЙ

Кремний открыл и получил в 1823 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус.

Второй по распространённости элемент в земной коре после кислорода (27,6% по массе). Встречается в соединениях.

Строение  атома кремния в основном состоянии

 

1s22s22p63s23p2

 

Строение атома кремния в возбуждённом  состоянии

 

 

1s22s22p63s13p3

 

Степени окисления: +4, -4.

Аллотропия кремния

Известен аморфный и кристаллический кремний.

Поликристаллический кремний

Кристаллический – тёмно-серое вещество с металлическим блеском, большая твёрдость, хрупок, полупроводник; ρ = 2,33 г/см3, t°пл. =1415°C; t°кип. = 2680°C.

Имеет алмазоподобную структуру и образует прочные ковалентные связи. Инертен.

Аморфный - бурый порошок, гигроскопичен, алмазоподобная структура, ρ = 2 г/см3, более реакционноспособен.

Получение кремния

1) Промышленность – нагревание угля с песком:

2C + SiO2t˚→ Si + 2CO

2) Лаборатория – нагревание песка с магнием:

2Mg + SiO2 t˚→ Si + 2MgO    Опыт

Химические свойства

Типичный неметалл, инертен.

Как восстановитель:

1)     С кислородом

Si0 + O2  t˚→  Si+4O2

2)     С фтором (без нагревания)

Si0 + 2F2 →  SiF4­

3)     С углеродом

Si0 + C  t˚→  Si+4C

(SiC - карборунд - твёрдый; используется для точки и шлифовки)

4)     С водородом не взаимодействует.

Силан (Sih5) получают разложением силицидов металлов кислотой:

Mg2Si + 2h3SO4 → Sih5­ + 2MgSO4

5)     С кислотами не реагирует (только с плавиковой кислотой Si+4HF=SiF4+2h3)

Растворяется только в смеси азотной и плавиковой кислот:

3Si + 4HNO3 + 18HF →  3h3[SiF6] + 4NO­ + 8h3O

6)     Со щелочами (при нагревании):

Si0 + 2NaOH + h3O t˚→  Na2Si+4O3+ 2h3­

Как окислитель:

7)     С металлами (образуются силициды):

Si0 + 2Mg  t˚→  Mg2Si-4

Применение кремния

Кремний широко используется в электронике как полупроводник. Добавки кремния к сплавам повышают их коррозионную стойкость. Силикаты, алюмосиликаты и кремнезем – основное сырье для производства стекла и керамики, а также для строительной промышленности.Кремний в технике Применение кремния и его соединений

Силан  - Sih5

Физические свойства: Бесцветный газ, ядовит, t°пл. = -185°C, t°кип. = -112°C.

Получение: Mg2Si + 4HCl → 2MgCl2 + Sih5­↑

Химические свойства:

1)      Окисление: Sih5 + 2O2t˚→   SiO2 + 2h3O

2)      Разложение: Sih5 → Si + 2h3­

 

Оксид кремния (IV) - (SiO2)n

 

SiO2 - кварц, горный хрусталь, аметист, агат, яшма, опал, кремнезём (основная часть песка):

Кристаллическая решётка оксида кремния (IV) – атомная и имеет такое строение:

Al2O3 •2SiO2 • 2h3O - каолинит (основная часть глины)

 

K2O • Al2O3 • 6SiO2 - ортоклаз (полевой шпат)

 

Физические свойства: Твёрдое, кристаллическое, тугоплавкое вещество, t°пл.= 1728°C, t°кип.= 2590°C

Химические свойства: 

Кислотный оксид. При сплавлении взаимодействует с основными оксидами, щелочами, а также с карбонатами щелочных и щелочноземельных металлов:

Изучение свойств оксида кремния (IV)

1)     С основными оксидами:

SiO2 + CaO t˚→    CaSiO3

2)     Со щелочами:

SiO2 + 2NaOH t˚→    Na2SiO3 + h3O

3)     С водой не реагирует

4)     С солями:

SiO2 + CaCO3t˚→    CaSiO3 + CO2­

SiO2 + K2CO3t˚→    K2SiO3 + CO2­

5)     С плавиковой кислотой:

SiO2 + 4HF t˚→     SiF4­ + 2h3O

SiO2 + 6HF t˚→    h3[SiF6] (гексафторкремниевая кислота) + 2h3O

 (реакции лежат в основе процесса травления стекла).

Применение:

1. Изготовление силикатного кирпича

2. Изготовление керамических изделий

3. Получение стекла

 

Кремниевые кислоты

x • SiO2 • y h3O

x = 1, y = 1     h3SiO3 - метакремниевая кислота

x = 1, y = 2     h5SiO4 - ортокремниевая кислота и т.д.

 

Физические свойства: h3SiO3 - очень слабая (слабее угольной), непрочная, в воде малорастворима (образует коллоидный раствор), не имеет кислого вкуса.

Получение:

Получение геля кремниевой кислоты

Получение кремниевой кислоты

 Действие сильных кислот на силикаты - Na2SiO3 + 2HCl → 2NaCl + h3SiO3↓

Химические свойства:

При нагревании разлагается: h3SiO3  t˚→ h3O + SiO2

Соли кремниевой кислоты - силикаты.

 1) с кислотами

Na2SiO3+h3O+CO2=Na2CO3+h3SiO3

2) с солями

Na2SiO3+CaCl2=2NaCl+CaSiO3↓

3) Силикаты, входящие в состав минералов, в природных условиях разрушаются под действием воды и оксида углерода (IV) - выветривание горных пород:

(K2O • Al2O3 • 6SiO2)(полевой шпат)  + CO2 + 2h3O → (Al2O3 • 2SiO2 • 2h3O)(каолинит (глина)) + 4SiO2(кремнезём (песок)) + K2CO3

Применение соединений кремния

Природные соединения кремния - песок (SiO2) и силикаты используются для производства керамики, стекла и цемента. 

Керамика

Фарфор = каолин+ глина + кварц + полевой шпат. Родина фарфора – Китай, где фарфор известен уже в 220г. В 1746 г – налажено производство фарфора в России

 

 Фаянс - от названия итальянского города Фаэнца. Где в 14-15веках было развито керамическое ремесленничество. Фаянс – отличается от фарфора большим содержанием глины (85%), более низкой температурой обжига.

 

Стекло – хрупкий, прозрачный материал, способен размягчаться и при застывании принимает любую форму. Стекло получают варкой шихты (сырьевой смеси, состоящей из песка, соды и известняка) в специальных стекловаренных печах. 

Видео "Производство стекла"

Основные реакции, протекающие при плавке шихты

1. Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO22. CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO23. Na2SiO3 + CaSiO3 + 4SiO2 = Na2O * CaO * 6SiO2 - формула оконного стекла

При добавлении оксида свинца получают хрусталь.

Сравнение свойств кварцевого и обычного стекла

Цемент

Цемент – мелко измельчённый клинкер с минеральными добавками.

Клинкер - шарики тёмно-серого цвета получают спеканием глины и известняка в специальных вращающихся печах

 Видео "Производство бетона"

ТРЕНАЖЁРЫ

 

Тренажёр №1 - Характеристика кремния по положению в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева

Тренажёр №2 - Тестовые задания по теме: "Углерод и кремний, их соединения"

Тренажёр №3 - Задания для контроля и самопроверки по теме "Углерод и кремний в природе. Применение углерода и кремния и их соединений"

Задания для закрепления

Осуществите превращения по схеме:

1) Si → SiO2 → Na2SiO3 → h3SiO3 →SiO2

2) Si → Mg2Si → Sih5 → SiO2

3) Si → Na2SiO3

sites.google.com

Как отмыть цемент и чем лучше это сделать?

Отмывать цемент лучше всего пока он еще не успел схватиться или застыть. В этом случае будет достаточно воды, щетки и тряпки. Если же по тем или иным причинам цемент схватился или что еще хуже – высох, поможет информация этой статьи.

СодержаниеСвернуть

Чем отмыть цемент с различных поверхностей?

В природе существует два эффективных способа очистки поверхностей от застывшего раствора и бетона: механический и комплексный, назовем его химико-механический.

Для того чтобы эффективно и надежно отмыть (очистить) цемент потребуются инструменты и материалы:

  • Металлическая щетка по металлу;
  • Строительный шпатель;
  • Стамеска или долото;
  • Молоток-кирка строителя;
  • Молоток и зубило;
  • Болгарка и абразивный круг «по бетону»;
  • Жидкость для смывки цемента: «HG 1», «HG», «Glutoclean» или другие виды.

Удаление остатков цемента и наплывов бетона

  • Масштабные наросты и «кляксы» убираются обычным тривиальным сбиванием подручным инструментом: полотком и зубилом, молотком и стамеской (долотом). Следует иметь ввиду что подобный способ удаления цемента не допускается для «лицевых» поверхностей: керамической плитки и фасадов зданий. Обычно такой способ применяют для «планирования» черновой поверхности и зачистки излишков цемента на швах. Надо отметить что стамески или долото не предназначены для удаления цемента. Поэтому быстро тупятся и приходят в негодность.
  • Застывший цементный раствор с кирпича, бывшего в эксплуатации, который планируется под вторичное использование, удаляют специальным молотком-киркой (продается в любом магазине инструментов). Если молотка-кирки нет, можно воспользоваться обычным молотком и топором в качестве кирки. При этом лезвие молотка следует ввести между кирпичом и цементом, после чего наносить легкие удары молотком по обуху. Следует знать, что сильные удары по обуху топора могут привести к его раскалыванию «по телу».
  • Неответственные поверхности можно очистить при помощи угловой шлифмашинки и абразивного круга для работы по бетону. Такой способ снятия материала требует предельной аккуратности иначе на очищаемой поверхности останутся глубокие следы от круга.
  • Цемент с поверхности стекла или керамической плитки удаляют скребком для чистки кухонных плит, щеткой для чистки окон или лезвием безопасной бритвы. Перед тем как удалять материал, его обильно смачивают водой. Далее остатки цемента аккуратно соскребаются тем или иным указанным инструментом, а завершается процесс мойкой стекла губкой или тряпкой смоченных в воде с добавлением моющего средства.

Химико-механический способ удаления цемента с поверхности

Практический смысл данного способа заключается в следующем. На поверхность цемента наносится специальная жидкость для смывки на основе ортофосфорной или серной кислоты.

Ортофосфорная и серная кислоты относятся к классу сильных кислот, причем ортофосфорная кислота растеряет даже стекло. Кислота, находящаяся в составе смывки вступает в химическую реакцию с цементом, размягчает его, после чего материал легко удаляется любым «скребковым» инструментом.

При выборе химического способа следует придерживаться правил:

  • Смывка для цемента подходит не для всех видов основы. К примеру, очищать подобным способом силикатный кирпич нельзя. Другими словами перед покупкой жидкости внимательно изучите инструкцию и назначение;
  • При использовании жидкостей содержащих кислоты строго соблюдайте технику безопасности: защищайте глаза и открытые участки тела от попадания жидкости, а если это все-таки произошло, немедленно смывайте ее проточной водой;
  • Не экономьте! На некоторых «недалеких» Интернет-ресурсах приводятся рецепты приготовления смывки цемента своими силами из аккумуляторной кислоты (серная кислота). Если у вас нет практического опыта работы с сильными кислотами, подобная экономия может обернуться сильнейшими химическими ожогами кожи и глаз!

salecement.ru

учебное пособие химия цемента

- 139 -

Гидросиликатное твердение лежит в основе производства силикатного кирпича и других изделий на основе известково-кремнеземистоговяжущего.

При твердении гидравлической извести протекают процессы, характерные как для воздушного, так и для гидравлического твердения. Первые процессы обусловлены твердением оксида или гидроксида кальция аналогично тому, как уже рассмотрено для воздушной извести. Вторые процессы связаны с твердением силикатов, алюминатов и ферритов кальция, образовавшихся в процессе обжига, которые в результате взаимодействия с водой дают новообразования в виде гидросиликатов, гидроалюминатов и гидроферритов кальция.

Сочетание этих двух видов твердения и многообразие возникающих при этом химических и физических явлений обеспечивают более высокие показатели прочности и водостойкости затвердевшего камня по сравнению с воздушной известью.

В этом плане романцемент, состав которого представлен минераламиС2S, CA, C5A3, C2F иMgO (свободныйСаО практически отсутствует), проявляет еще более высокие гидравлические свойства. Твердение романцемента основано на гидратации всех его составляющих, о чем уже говорилось при рассмотрении вопросов твердения портландцемента.

Заключение к шестой главе

В этой главе нами рассмотрен очень емкий, очень сложный, многоплановый материал, усвоение которого представляет определенную трудность. Теперь попытаемся отделить то самое главное, о чем шла речь.

Процесс твердения любого композиционного материала на основе вяжущего вещества – это сложная, многоуровневая, неравновесная система, эволюция которой обеспечивает постепенный ее переход от пластичноупругого или пластично-вязкогосостояния к камневидному с определенным набором физических, механических и химических свойств. Принятый нами методологический прием анализа происходящих процессов на трех уровнях(атомно-молекулярном,в масштабе зерна цемента и в масштабе цементного камня) позволил систематизировать и более глубоко и предметно уяснить их сущность.

По содержательной стороне вопроса, рассматриваемого на атомномолекулярном уровне и в масштабе зерна цемента, обратим внимание на следующие моменты.

В результате протекания в вяжущей системе процессов гидрато-иструктурообразования происходят количественные и качественные изменения жидкой фазы. Эти процессы первоначально сосредоточены в окрестностях активных центров, имеющихся в кристаллической структуре

- 140 -

минералов вяжущего вещества. Гидратация клинкерных минералов в зависимости от термодинамических соотношений, присущих исходных и вновь образующимся фазам, от морфологических особенностей фаз может протекать непосредственно на поверхности частиц вяжущего вещества (топохимическая) или в водном растворе, контактирующим с частицей вяжущего вещества. В механизме поверхностной гидратации цемента определяющая роль принадлежит процессам протонизации, образования гидроксилированного, обогащенного кремнеземом слоя, химическим реакциям взаимодействия продуктов гидролиза и гидратации.

Для процессов структурообразования определяющими являются зарождение и рост кристаллической фазы. В целом эти процессы можно описать классическими законами кристаллообразования. Но чем сложнее по составу вяжущее вещество, тем в большей степени влияние на процесс оказывают дополнительные факторы, тем чаще встречаются аномальные явления. Но, не смотря на это, общими признаками являются следующие.

Процессы гидратации и структурообразования асинхронны, то есть процесс гидратации всегда опережает процесс структурообразования. Попросту говоря, продукты первичной гидратации являются как бы строительным материалом для структурообразования.

В структурных построениях наиболее представительных минералов цементного клинкера – гидросиликатов кальция – в качестве структурных элементов выступают ионы ОН-, Са2+, (SiO4)4-,которые обеспечивают комплексообразование и полимеризацию в последовательности: мономер, димер, тример, тетрамер, высшие олигомеры.

Наиболее характерными являются ленточные и цепочные (кольцевые) структурные построения.

Процесс структурообразования носит циклический характер. При этом термодинамическая вероятность образования каждой последующей фазы должна быть выше, чем предыдущей.

Если гидратообразование характеризуется количеством химически связанной воды, то структурообразование – количествомструктурно связанной воды. Общая тенденция при фазовых переходах в процессах твердения и «старения» цементного камня характеризуется снижением количества структурно связанной воды, «огрублением» кристаллов.

Процессы гидрато-иструктурообразования в масштабе цементного теста (в более широкой постановке – в масштабецементно-воднойдисперсии) и цементного камня существенно осложняются процессами физической природы, связанными с проявлением избыточной поверхностной энергии на межфазных границах«жидкость-газ»,«твердоетело-газ»,«твердоетело-жидкость».

-141 -

Взависимости от количества воды в цементно-воднойдисперсии ее внутренняя структура и свойства могут значительно изменяться: непосредственно на поверхности и вблизи поверхности частиц цемента вода становится сильно структурированной, электрополярной, твердообразной; по мере отдаления от поверхности структурность и полярность постепенно исчезают – это, так называемая, объемная вода, заполняющая капиллярные поры при влажностицементно-воднойдисперсии, характеризуемой0,06-0,08,

В/Ц (0,22-0,26)или располагающаяся во внешних сферах сольватных оболочек и между ними при влажности дисперсии, характеризуемой В/Ц 0,26. Соответственно,поверхностно-пленочнаявода создает эффект саморазуплотнения твердеющей системы; капиллярная – эффект потери кинетической устойчивости суспензевидной твердеющей системы. Все это находит отражение как в механизме и скорости процессов твердения, так и в структуре образующегося цементного камня.

В частности, оптимальным следует считать количество воды, при котором в наибольшей степени проявляется капиллярный эффект (В/Ц(0,20-0,22),в результате чего создаются условия достаточной «стесненности» системы, необходимой для протеканиягидрато-иструктурообразующих процессов, формирования наиболее прочных межчастичных контактов.

Скорость гидрато-иструктурообразующих процессов существенно изменяется в зависимости от условий протекания этих процессов, которые можно охарактеризовать как протекающие в кинетической или в диффузионной областях. Любой процесс твердения вначале протекает относительно быстро, то есть в кинетической области, но затем постепенно переходит в диффузионную область, с чем и связан затухающий эффект гидратационного твердения. Соотношение между кинетической и диффузионной областями зависит от значенияВ/Ц-фактора,температуры твердения, степени предварительного уплотнения твердеющей системы.

При нормальных условиях эксплуатации изделий из бетона и железобетона процессы гидратации и структурообразования в цементном камне продолжаются в течение многих лет и тем самым как бы поддерживают «жизненную силу» цементного камня и строительной конструкции, основу которой он составляет.

-142 -

7.ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ ПРИ КОРРОЗИИ ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ

Как и все в природе, искусственный камень, полученный на основе вяжущего вещества, проходит длительный цикл зарождения, формирования, развития и, наконец, постепенного старения и разрушения. В благоприятных условиях службы процессы старения протекают очень медленно и могут продолжаться без заметного снижения эксплуатационных свойств строительных конструкций многие десятилетия, а иногда – и сотни лет. При неблагоприятных же условиях службы процессы старения и разрушения могут протекать очень быстро. Причиной этого, подобно заболеваниям в живой природе, являются те или иные внешние факторы. Рассмотрим такие процессы на примере цементного камня.

Всостав цементного камня, как главной составляющей бетона, входят соединения, обладающие реакционной способностью, и поэтому они в процессе эксплуатации изделий и сооружений не остаются инертными к окружающей среде и постепенно подвергаются ее воздействию. Результатом такого воздействия является разрушение (коррозия) цементного камня. Скорость и интенсивность разрушения определяется не только свойствами самого материала, но и агрессивностью среды, воздействующей на него.

Вемкое понятие «агрессивность среды» должны быть включены все возможные внешние воздействия, а именно: химические, силовые, электромагнитные, радиационные, биологические, повышенных и пониженных температур, увлажнение-высушиваниеи др. Соответственно различают физическую, биологическую и химическую коррозию цементного камня.

Вданной дисциплине, учитывая ее узкую, специфическую направленность, мы сосредоточим свое внимание лишь на химической коррозии.

Здесь уместно снова вернуться к понятию «агрессивная среда». Химически агрессивная среда в нашем сознании вольно или невольно ассоциируется с некой водной средой, несущей в себе те или иные химические реагенты. Однако не менее агрессивной может оказаться и воздушная среда, содержащая в себе диоксиды углерода, серы, другие соединения, связанные с промышленной и иной деятельностью человека. Так, например, нам приходилось наблюдать, как на одном из азотно-туковыхкомбинатов наружные металлические конструкции за 20 лет службы в воздушной среде были изъедены коррозией настолько, что превратились буквально в папиросную бумагу.

Нетрудно представить себе, что в описанной ситуации химическая коррозия была усилена такими факторами внешнего воздействия, как дождь, ветер, солнечная радиация.

Если теперь обратиться к основному вопросу – коррозии цементного камня, то логичным представляется мнение специалистов о том, что по существу весь коррозионный процесс состоит из комплекса химических и

- 143 -

физико-химическихявлений с многочисленными вариациями протекания этого процесса в зависимости от состава и свойств окружающей среды.

Одним из первых ученых, выполнивших фундаментальные исследования по коррозии цементного камня, был наш соотечественник В.М.Москвин. По Москвину реакционные процессы, приводящие к коррозии цементного камня, можно свести к трем основным случаям:

процессы, в результате которых составные части цементного камня подвергаются растворению;

процессы, основой которых являются реакции обмена, сопровождающиеся образованием рыхлых масс, не обладающих вяжущими свойствами;

процессы, приводящие к появлению внутри цементного камня солей, которые, накапливаясь, способны при определенных условиях создавать внутренние напряжения и разрушать цементный камень.

В соответствии с термодинамическими законами все коррозионные процессы протекают в направлении образования конечных продуктов коррозии, более стойких в данных условиях по сравнению с исходными, и поэтому коррозионные процессы развиваются самопроизвольно ( G 0). Следует заметить, что по своему составу конечные продукты коррозии цементного камня близки к составу исходного сырья, из которого получен портландцементный клинкер. Таким образом, мы как бы наблюдаем завершение термодинамического цикла, вместившего в себя создание вяжущих свойств за счет избыточной внешней энергии, получение цементного камня путем понижения термодинамического потенциала и, наконец, разрушение цементного камня с получением термодинамически устойчивых конечных продуктов.

При изучении факторов, определяющих химическую коррозию, следует, прежде всего, учитывать состав цементного камня, его капиллярно-

пористую структуру, химический состав агрессивной среды, которая в различных ситуациях может содержать ионы Mg2+,SO42-,H+,OH-,Nh5+, Al3+,

HCO3-,хлорсодержащие анионы и др. Определенную отрицательную роль играют кислые газы: углекислый, сернокислый, сероводород, а также некоторые органические соединения. В зависимости от преобладания того или иного агрессивного элемента различают следующие виды химической коррозии цементного камня:коррозия выщелачивания, кислотная коррозия, углекислотная коррозия, сульфатная и сульфоалюминатная коррозия, магнезиальная и сульфомагнеззиальная коррозия.

Коррозия выщелачивания

При эксплуатации бетонных изделий в условиях их омывания мягкой водой вначале происходит постепенное растворение содержащихся в цементном камне кристаллов Са(ОН)2 (портландита). Вынос этой составляю-

- 144 -

щей из тела бетона называется выщелачиванием; соответственно коррозию, вызванную этим процессом, называют коррозией выщелачивания

В результате процессов растворения и выноса растворенных веществ нарушается химическое равновесие между поровой жидкостью и основными составляющими цементного камня, которые подвергаются ступенчатому разложению (гидролизу), что приводит к ослаблению и разрушению цементного камня.

Таким образом, коррозия выщелачивания определяется скоростью вымывания растворенного гидроксида кальция из пор бетона. В начале процесса, после вымывания определенного количества Са(ОН)2, его концентрация в фильтрующейся через бетон жидкости понижается до значений менее 1,1 г/л, считая наСаО. При этих условиях в цементном камне начинается разложение3СаО.2SiO2.3h3O с выделением гидроксида кальция.

Если концентрация становится равной 1,08 г/л, разлагается высокоосновный гидроалюминат кальция 4СаО.Al2O3.13h3O. Если концентрацияСаО падает до 0,56 г/л и ниже, то идет разложение более устойчивых соединений:С3АН12 иС2АН8. Последнее соединение гидролизуется при концентрацииСаО в растворе ниже 0,36 г/л. Примерно такие же превращения претерпевают гидроферриты кальция.

Наиболее устойчивыми к данному виду коррозии являются низкоосновные гидросиликаты кальция типа СSH(B), разложение которых начинается только при концентрацияхСаО менее0,06-0,08г/л.

При длительном воздействии проточных мягких вод возможно полное вымывание Са(ОН)2 из цементного камня с разложением остальных гидратных соединений до аморфных, рыхлых гидратов глинозема, кремнезема и оксидов железа.

К каким же последствиям приводит развитие коррозии выщелачивания в бетонных и железобетонных конструкциях?

Прежде всего, отметим изменение внешних признаков конструкции. Если конструкция подвержена периодическому воздействию пресной воды (например, воздействие дождевой, талой воды на мостовые конструкции, пешеходные переходы, сооружения для пропуска воды и т.п.), то вначале на ее поверхности появляется белый известковый налет, затем в местах капельного стекания воды образуются известковые наросты в виде природных сталактитов. Плотность цементного камня при этом непрерывно снижается, соответственно снижается плотность бетона, повышается его проницаемость, что является причиной прогрессирующего развития процессов коррозии и разрушения.

Соответственно развитию коррозионного процесса, снижению плотности происходит снижение прочности бетона. В итоге конструкция может полностью потерять свои эксплуатационные функции и потребовать замены.

- 145 -

Кислотная коррозия

Составляющие цементного камня, имеющие основный характер, особенно активно взаимодействуют с кислотами и кислыми солями. Такое взаимодействие называется кислотной коррозией.

Установлено, что все виды портландцемента не являются стойкими к действию кислот. Наиболее сильное действие оказывают однопроцентные растворы соляной, серной, азотной кислот, пятипроцентный раствор фосфорной кислоты, любые растворы органических кислот. Отрицательное воздействие кислот начинает проявляться уже при рН = 6.

Действие кислоты сводится к ее реакции с Са(ОН)2, гидросиликатами кальция и др. В результате этого образуются легко растворимые соли, которые вымываются из тела бетона. Химические реакции взаимодействия, например, соляной кислоты, протекают по следующей схеме:

Са(ОН)2 + 2НСl

CaCl2 + 2h3O

(54)

2СаО . SiO2

. 3h3O + 4HCl

2CaCl2 + SiO2aq + 5h3O

(55)

Образующиеся в результате реакций нерастворимые соединения в виде гидроксида кремния (алюминия, железа) остаются в бетоне как рыхлые массы.

Из числа органических кислот наиболее агрессивно влияют молочная, уксусная, масляная и винная, которые растворяются в воде и имеют сравнительно низкую молекулярную массу. Среди них особой агрессивностью отличается молочная кислота (СН3 – СН – СООН), в связи с

ОН

чем на маслодельных и сыроваренных заводах бетонные полы часто разрушаются (отходы производства характеризуются рН = 4). В качестве вяжущего для полов в помещениях этих заводов используется кислотоупорный цемент, так как ни пуццолановые цементы, ни шлакопортладцемент не обладаюткакими-либопреимуществами в отношении устойчивости против действия молочной кислоты перед портландцементом.

В состав различных масел и жиров входят такие органические кислоты, как олеиновая, стеариновая и пальмитиновая, которые относятся к соединениям с высокой молекулярной массой и не растворяются в воде. Они оказывают явно выраженное агрессивное действие на цементные бетоны. Причем их агрессивность возрастает по мере увеличения молекулярной массы в ряду стеариновой (Сnh3nO2) и олеиновой(Сnh3n-2O2)кислот. Разрушающее действие этих кислот объясняется тем, что при действии гидроксида кальция на жиры и масла последние омыляются с образованием соответствующих многоатомных спиртов и жирных кислот, которые

- 146 -

взаимодействуя с Са(ОН)2, образуют соли, например, олеат кальция, глицерат кальция.

Кислые газы в атмосфере являются также агрессивными по отношению к цементному камню и бетону. Корродирующее влияние

газов сказывается уже при их содержании в воздухе, соответствующем парциальному давлению в пределах 10-149,36 –10-3,27 Па (в зависимости от вида

газа).

Наиболее агрессивен сероводород (Н2S), а наиболее распространенным является углекислый газ, вызывающий углекислотную коррозию. Поэтому ее действие мы рассмотрим далее отдельно.

По устойчивости составляющих цементного камня к кислым газам их можно расположить в ряд:

СаСО3 С5S6H5,5 C4Ah29 C3A. 3CaSO4 . 3h3O

C3A. CаCO3 . h21 Ca(OH)2 C3AH6 C2AH8 CAh20

Из приведенного ряда следует, что гидроалюминаты, особенно низкоосновные, наименее стойки к действию кислот. Поэтому для увеличения стойкости цементного камня к этому виду коррозии необходимо ограничивать в цементе содержание алюминатов кальция - до 5 %.

В практическом аспекте чисто кислотная коррозия является сугубо специфической и имеет место чаще всего в промышленном производстве, связанном с выпуском или применением кислот (например, травильные цехи, молочные и пивоваренные заводы и т.п.). В соответствии со строительными нормами бетонные и железобетонные конструкции должны быть надежно защищены от действия кислот различными изолирующими материалами (мастики, полимерные и керамические покрытия, покрытия из металлической фольги и пр.). Поэтому рассмотренные виды кислотной коррозии могут иметь место в случае невыполнения целостности, герметичности защитных покрытий. Процесс коррозии в этих случаях протекает довольно интенсивно и может привести к полной деградации строительных конструкций.

Углекислая и углекислотная коррозия

Угольная кислота является очень слабой, но даже она может подвергнуть цементный камень химической коррозии. Этот вид коррозии отличается своеобразием и протекает в два этапа. Вначале идет реакция

взаимодействия гидроксида кальция с СО2 воздуха в присутствии воды:

 

Са(ОН)2 + СО2 + Н2О = СаСО3 + 2Н2О

(56)

Затем реакция продолжается с образованием кислого углекислого кальция:

СаСО3 + Н2СО3 Са(НСО3)2. (57)

- 147 -

Образующийся продукт растворим в воде. Так как реакция обратима, то для предотвращения коррозии необходимо, чтобы концентрация углекислоты не превышала равновесного значения.

Если процесс протекает в воздушной среде, то он, как правило, заканчивается коррозией, описываемой уравнением (56), которую принято называть углекислой. Если же на цементный камень воздействует водная среда, содержащая угольную кислоту, или воздушная влажная среда с высокой концентрацией СО2, то процесс коррозии продолжается с образованием кислого углекислого кальцияСа(НСО3)2, и такой вид коррозии называютуглекислотной.

Возможны также химические реакции взаимодействия минералов портландцементного клинкера с СО2, которые представляют следующими

уравнениями:

 

 

1/5(5СаО. 6SiO2

. 5,5h3O) + CO2

CaCO3 + 6/5SiO2aq + 1,1h3O(58)

 

(G = - 47,3 кДж/моль)

1/3(3СаО . Al2O3 . 3CaSO4 . 31h3O) + CO2

CaCO3 + CaSO4 . 2h3O + 2/3Al(OH)3 + 2/3h3O(59) (G= - 72,57 кДж/моль)

1/3(3СаО . Al2O3

. 6h3O) + CO2

CaCO3 + 2/3Al(OH)3 + h3O

(60)

 

 

(G = - 79,1 кДж/моль)

 

СаО . Al2O3

. 10h3O + CO2

CaCO3 + 2Al(OH)3 + 7h3O

(61)

 

 

(G = - 97,83 кДж/моль)

 

Как видим, эти реакции идут с образованием нерастворимой соли – карбоната кальция во всех случаях, гипса – при разложении эттрингита, рыхлых масс гидроксидов кремнезема и алюминия - при разложении гидросиликатов и гидроалюминатов кальция.

Если в воде содержатся в растворенном виде сульфаты натрия и калия, то они будут оказывать каталитическое действие на реакцию карбонизации и углекислотная коррозия усиливается.

Представленные реакции и механизмы углекислотной коррозии воспроизведены и изучены достаточно глубоко в лабораторных условиях. Для реальных условий службы бетонных и железобетонных конструкций этот вид коррозии в полном ее объеме относительно редок. Так, практически для всех бетонных и железобетонных конструкций, омываемых атмосферным воздухом, возможно протекание реакций с образованием карбоната кальция. Реакции же с образованием кислого углекислого кальция ввиду недостаточной концентрации СО2 не происходит. В итоге лишь в поверхностном слое конструкции толщиной 2…4 мм идет карбонизация цементного камня, не снижающая в целом эксплуатационных свойств

- 148 -

конструкции. Более того, происходит некоторое уплотнение поверхностного слоя с повышением его непроницаемости.

Однако, если данный вид коррозии протекает совместно с коррозией выщелачивания, то толщина карбонизированного слоя может достигать нескольких десятков миллиметров, что весьма отрицательно сказывается на коррозионной стойкости арматурной стали в бетоне, так как снижается значение рН.

Наиболее полная реализация химических процессов, присущих углекислотной коррозии, возможна в некоторых специфических условиях службы бетонных и железобетонных конструкций (дымовые железобетонные трубы, производства по разливу минеральных вод, бродильные цехи и т.п.). Для ее предотвращения используют специальные защитные покрытия.

Сульфатная и сульфоалюминатная коррозия

Особый вид коррозии цементного камня возникает под действием природных и техногенных вод, содержащих сульфаты в виде сернокислых соединений СаSO4, Na2SO4, MgSO4. Характерным является то, что при рассматриваемом виде коррозии не происходит вымывание продуктов реакции из объема цементного камня, а, наоборот, в результате химических реакций образуются большие количества новых соединений, которые остаются в цементном камне и объем которых превышает исходный объем твердой фазы. Такой вид коррозии получил названиекоррозии кристаллизации. Она возникает тогда, когда концентрация сульфатных ионовSO4 2- достигает 300 мг/л и более.

Типичным примером такой коррозии является образование минерала эттрингита - высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция С3А.3СаSO4.(31-32)h3O,называемого также «цементной бациллой».

Сульфат-ионы,содержащиеся в водных растворах, проникают в цементный камень и взаимодействуют с алюминатными минералами, что приводит к образованию эттрингита, который, кристаллизуясь, занимает значительно больший объем, чем исходные соединения (примерно в 4,76 раза относительноС3АН6). Результатом этого являются внутренние напряжения, которые могут превысить предел прочности цементного камня на растяжение и вызвать трещины или разрушение материала. Чаще всего действие

сульфатов проявляется при эксплуатации конструкций в морской воде.

 

Реакцию образования эттрингита можно записать так:

 

3СаО.Al2O3.6h3O + 3CaSO4 + 25h3O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31h3O

(62)

Установлено, что образование эттрингита возможно только

тогда,

когда в системе содержатся высокоосновные гидроалюминаты кальция. Для них равновесная концентрация Са(ОН)2 в жидкой фазе, считая наСаО, составляет 1,08 г/л. При более низких концентрациях высокоосновные соединения разлагаются, образуя двухкальциевый гидроалюминат. Это исключает появление опасного соединения – эттрингита. Именно на этом

studfiles.net


Смотрите также