Из чего состоит жидкое стекло – Какими свойствами обладает жидкое стекло, применение в строительстве для гидроизоляции и заливки полового покрытия, специфика работы с жидким стеклом

Жидкое стекло — что такое, производства в промышленности и своими руками, применение и инструкция

Для защиты бытовых и промышленных устройств от пагубных природных факторов применяют различные гидроизоляционные материалы. Одним из них является жидкое стекло — щелочной водный раствор силиката натрия либо калия, состав которого остаётся неизменным на протяжении многих лет.

Технология производства и виды

Ввиду большого количество преимуществ, материал используется во многих областях, включая строительство, промышленность и быт. Желая узнать, что такое жидкое стекло, стоит обратиться к истории. Его изобрел немецкий минералог и химик фон Фукс в 1818 году, используя щёлочь и кремневую кислоту. В нынешнее время существует несколько технологий производства, но за основу всегда берутся вещества, содержащиеся в составах других видов стекла.

Наиболее распространенные способы производства — это:

• сплавление обычной питьевой соды и крупинок песка при воздействии высокой температуры;
• воздействие раствором натрия, калия или лития на материал, содержащий кремнезём при постоянной температуре;
• соединение щелочных растворов с диатомитами или трепелов при малой температуре и обычном давлении.

В результате получаются две разновидности материала — натриевое и калиевое жидкое стекло, каждый из которых обладает индивидуальными свойствами. Натриевое жидкое стекло выделяется следующими преимуществами:

• высокой клейкостью, сцепляемостью с другими минералами;
• стойкостью перед температурными перепадами;
• устойчивостью к атмосферному воздействию.

Оно применяется при производстве бытовой химии, реставрации стеклянных изделий. Калиевое жидкое стекло обладает такими же характеристиками. Единственное отличие — не оставляет бликов на обрабатываемой поверхности.

Применяется для наружных малярных работ. Благодаря наличию в составе огнеупорных и силикатных красок используется при создании электродов.

Когда нужно выбрать между двумя видами, следует учитывать один момент. Купить натриевое жидкое стекло можно по доступной цене, зато калиевое обладает улучшенными техническими характеристиками. Продаётся материал в виде сухого порошкообразного вещества, которое разбавляют согласно инструкции, либо раствора, готового к использованию. Для работы в домашних условиях следует покупать уже готовый раствор.

Жидкое стекло — применение и свойства

Решив использовать в быту материал, следует ознакомиться с его возможностями. Так, он выступает в роли гидрофобизатора, то есть отталкивает влагу и любой обработанной поверхности. Другие возможности материала — это:

• предотвращение размножений бактерий;
• препятствие образованию статистического электричества;
• заполнение пор обработанной поверхности и увеличение плотности;
• повышение огнеупорных свойств, защита от воздействия кислот.

Жидкое стекло прослужит около 5 лет, экономно расходуется во время нанесения. Оно проникает в даже мелкие трещины, позволяет выполнять работу в условиях повышенной влажности. При применении материала следует быть внимательным, поскольку он быстро высыхает. Но только плёнка получается очень хрупкой, поэтому нужно наносить несколько слоёв для надёжности.

Внимание! При покупке следует тщательно изучить состав, поскольку от него зависит, где и как можно использовать жидкое стекло.

Основные сферы применения материала в строительстве:

• гидроизоляция подвалов, чердаков;
• обработка внутренней части бассейнов;
• подготовка стен к оклеиванию и покраске.

Из-за высокой схватывающей способности жидкого стекла его используют во время укладки линолеума, обработки кузовов автомобиля и декорирование подвесных потолков. Какие свойства приобретает жидкое стекло, зависит от температуры и других показателей при производстве.

Интересно! Такой материал нашёл широкое применение в рукоделие.

Жидкое стекло своими руками

Чаще всего оно служит основой для создания других важных материалов, например, грунтовки, гидроизоляционного и огнеупорного растворов. Из такого материала получают ещё антисептические средства и укрепления для фундаментов. Изготавливая смесь своими руками, первым делом следует перемешать сухие компоненты, а потом добавить жидкие.

В результате должна получиться подвижная, но однородная смесь. Но 10 готовой смеси приходится один литр жидкого стекла. Для получения максимального эффекта материал наносится следующим образом:

• поверхность очищается от грязи и пыли;
• наносится первый слой валиком или кисточкой;
• выждав полчаса, пока он высохнет, и повторяют процедуру;
• подготавливают защитную смесь из цемента, песка и жидкого стекла;
• перемешивают все компоненты и быстро наносят на обрабатываемую поверхность, пока смесь не застыла.

Важно надеть перчатки и очки для нанесения жидкого золота, а лучше всего, заготавливать смесь по чуть-чуть.Тогда она не застынет слишком быстро. Чтобы узнать, как использовать для полировки автомобилей или телефона жидкое стекло, видео станет наглядным примером.

Владельцы частных домов производят материал своими руками при кладке каминов и печей. В этой ситуации стекло выступает как огнеупорный материал. Сначала нужно приготовить цементно-песчаный раствор из 3-х частей песка и 1 части цемента. Затем добавляют до 20% жидкого стекла в смесь.

Заключение

Жидкое стекло станет надёжной защитой для дорогого телефона, потому что защищает его от ударов, появления сколов и трещин на дисплее. При этом сам материал остаётся невидимым, а устройство удобно и приятно носить в руке. Инструкция, как наносить купленное стекло, практически ничем не отличается от произведенного в быту.

Также, нужно обезжирить поверхность, используя влажную салфетку, аккуратно капнуть небольшое количество средства на дисплей. Растереть по всей поверхности другой салфеткой и сушить феном в течение минуты. Нанести ещё несколько слоёв с перерывами в 60 сек. В конце устройство оставляют высыхать на пару минут.

В домашних условиях приготовить материал довольно просто — в тигель засыпать одну весовую часть чистого песка и четыре весовые части соды. Тщательно растереть компоненты в ступке и перемешать. Тигель нагревают до высокой температуры, которая растопит его содержимое. Получившуюся смесь вымывают водой, получая жидкое стекло.

Где и как используют жидкое стекло?

Формула жидкого стекла, изобретенного в далеком 1818 году, дошла до наших дней практически без изменений. Уже более двухсот лет этот проверенный временем материал активно используют во многих сферах нашей жизни. Каким же образом?

Как ни странно, «жидкое стекло» не имеет со стеклом ничего общего. Это название материал получил за внешний вид. Он представляет собой бесцветный или желтоватый гель, который после застывания становится прозрачным.

 По сути же это не что иное, как… канцелярский клей. Тот самый силикатный клей, который мы знаем по школьным урокам труда, и который можно купить в любом канцелярском магазине за смехотворно низкую цену. Казалось бы, в строительстве он совершенно бесполезен. Но его используют, и весьма активно. Как это возможно?

Жидкое стекло — это водный раствор силикатов натрия и калия. Жидкости такого рода отличаются прекрасной адгезией к любым пористым поверхностям. Застывая, они наглухо запечатывают поры материала, и такая защита не боится ни воды, ни ультрафиолета, ни резких перепадов температур. Это делает жидкое стекло отличной упрочняющей добавкой для бетона, кладочных смесей и проч.

Жидкое стекло стоит относительно недорого, и не требует большого расхода. С ним можно работать в условиях повышенной влажности

Но куда важнее то, что жидкое стекло обладает водоотталкивающими свойствами.

 Оно заметно продлевают жизнь отмосткам, бетонированным дорожкам, автомобильным площадкам, колодцам и даже бассейнам, эффективно защищая их от атмосферной и почвенной влаги.

Кроме того, жидкое стекло заметно сокращает период застывания раствора. Например, если добавить в цементно-песчаную смесь всего 2% силикатного клея, затвердевание начнется всего через 40 минут. Что, стоит отметить, может быть и плюсом, и минусом, ведь рабочего времени смеси может попросту не хватить. Именно поэтому присадки такого рода не используют при заливке фундамента. В этом случае преждевременно схватившийся бетон станет настоящей катастрофой.

Но даже в менее рискованных ситуациях нужна определенная осторожность. Перед началом работ с жидким стеклом следует подготовить все необходимое и тщательно продумать план действий, чтобы не суетиться в процессе и не терять драгоценные минуты.

При использовании жидкого стекла желательно замешивать столько смеси, сколько можно использовать за 20–25 минут работы

Но вернемся к бесспорным достоинствам. Жидкое стекло является эффективным антисептиком. Силикатные растворы убивают вредоносные микроорганизмы и предотвращают образование плесни. Именно поэтому их добавляют в грунт, которым обрабатывают бетонные стены перед поклейкой обоев или оштукатуриванием. А также применяют в садоводстве при подрезке деревьев и кустарников для защиты от вредителей. Используют его и в мебельной промышленности для защиты пиломатериала от биологического разрушения,

Еще одно полезное свойство жидкого стекла — неподверженность огню. Именно поэтому его применяют для повышения пожароустойчивости конструкций. И даже пропитывают ткани, чтобы сделать их негорючими.

Но и этим область применения не ограничивается. Жидкое стекло входит в состав смесей для наливных полов с эффектом 3D, а также замазок, которыми герметизируют металлические трубы при прокладке коммуникаций. Его используют для укладки линолеума и плитки ПВХ. Оно приносит пользу в автомобильной промышленности, так как хорошо защищает металл от коррозии.

Впрочем, разговор о жидком стекле был бы неполным, если бы мы не упомянули недостатки. Прежде всего, это ограниченный и довольно небольшой срок жизни — порядка 5-7 лет. И хотя производители уверяют, что силикатные препараты защищают от влаги раз и навсегда, лучше использовать их вкупе с другими гидроизолирующими материалами.

Для бетонного раствора с жидким стеклом рекомендуется использовать бетон не ниже М300

Также стоит отметить, что жидкое стекло «конфликтует» с обычным кирпичом, что приводит к взаимному разрушению этих материалов. И наконец, при добавлении в растворы и грунты (а в чистом виде этот препарат практически не используется) крайне важно соблюдать рецептуру. «Недолив» заметно снижает эффективность препарата, а «перелив» чреват образованием трещин.

В качестве примера приведем несколько распространенных формул. Если нужно загрунтовать бетонную стяжку, жидкое стекло разводят водой в пропорции 1:2. Антисептический раствор для дерева делают, размешивая одну часть стекла в одной части воды. Для создания гидроизолирующего раствора нужна одна часть портландцемента, одна часть песка и одна часть жидкого стекла. При этом специалисты советуют сначала засыпать сухие компоненты, и только после медленно заливать жидкость, перемешивая строительным миксером или дрелью с соответствующей насадкой. Тогда получится однородный и пластичный раствор.

И в завершении — практический совет. Работать с силикатными препаратами лучше всего в одежде, которую потом не жалко будет выбросить. Отстирать жидкое стекло практически невозможно.

Источник: www.zaggo.ru

Гидроизоляция жидким стеклом. Миф и реальность. — Техинформатор

Нередко для гидроизоляции различных объектов – колодцы, резервуары, очистные сооружения используют так называемое «жидкое стекло». 

Работа по покрытию «жидким стеклом» подвальных и чердачных помещений похожа на силикатизацию бетонных конструкций. В этой статье мы попробуем разобраться, хороша ли подобная гидроизоляция, какие у нее плюсы и минусы.
Для начала разберемся с терминологией.  

• В строительстве «жидким стеклом» называют гидроизоляционный материал, полученный путем смешивания истинного жидкого стекла с цементным или бетонным раствором.  
• Промышленностью выпускаются жидкое натриевое стекло, жидкое калиевое стекло, а также их смеси в различных пропорциях. Натриевое и калиевое жидкие стекла абсолютно одинаковы по своему воздействию на цементные композиции.
  

 Основная доля производства приходится на натриевые жидкие стекла, поэтому в данной статье мы рассмотрим только их. 

Жидкое (растворимое) натриевое стекло — это коллоидный раствор силиката натрия в воде. Силикат натрия получают путем обжига смеси, состоящей из кварцевого песка и соды. Химический состав натриевого растворимого стекла может быть выражен формулой:
Na2O x nSiO2 + mh3O
Формула жидкого стекла не имеет постоянного состава, и соотношение между отдельными составными частями может меняться. 

Силикатным модулем стекла, (М) называют отношение SiO2: Na2 O. Он показывает, сколько кремнекислоты приходится на единицу окиси натрия. Величина его обычно колеблется в пределах от 2.2 до 3.5. Количество воды может быть различным. В зависимости от этого в коллоидном растворе растворимого стекла меняется его консистенция. 

Плотность жидкого стекла измеряется градусами шкалы Боме, (°Ве) или показаниями удельного веса. Заводы обычно отпускают растворимое стекло плотностью 40 – 50°Be (плотностью 1.38 –1.50). Главным качеством жидкого стекла, из-за которого его применяют в строительстве, является его способность ускорять процессы твердения цементов. 

Какие процессы происходят при введении жидкого стекла в цементный раствор?

В результате химической реакции между щелочным силикатом (жидкое стекло) и составными частями цементного клинкера (гидроалюминат кальция) образуются коллоидные гидросиликат кальция и алюминат натрия.
3Na2O x SiO2 + 3CaO x Al2O3 x nh3O = 3CaSiO3 x nh3O + 3Na2O x Al2O3
Алюминат натрия (Na2O x Al2O3) является очень сильным ускорителем схватывания цементного раствора.  

Между жидким стеклом и известью, находящейся в цементе, проходит еще одна химическая реакция, c образованием силиката кальция:
Na2O x 2SiO2 + CaO = Na2O x SiO2 + CaSiO3
Силикат кальция (CaSiO3) очень прочный и плотный материал. Отлагаясь в порах твердеющего цементного камня, силикат кальция, придает ему повышенную плотность и водонепроницаемость. 

Однако стоит отметить, что при нанесении смеси цементного раствора с жидким стеклом в качестве гидроизоляционного обмазочного материала толщина проникновения силиката кальция в бетон конструкции не превышает нескольких миллиметров.

В совокупности эти свойства (ускорение схватывания бетона и «зарастание» пор в цементном камне) обусловило применение жидкого стекла в качестве добавки для получения водонепроницаемого бетона для аварийных работ.

Подчеркнем, именно аварийных, так как скорость твердения цементных растворов с добавлением жидкого стекла предсказать сложно.

Ниже приведем плюсы и минусы применения «жидкого стекла» (по строительной терминологии) для гидроизоляции.

Плюсы:

• хорошее сцепление с подготовленными минеральными основаниями;
• образование водонепроницаемого барьера;
• простота использования;
• низкий расход материала;
• сравнительно небольшая стоимость растворов.

Минусы:

• необходима особо качественная подготовка поверхности, без которой слой гидроизоляции просто «отщелкнет»;
• жидкое стекло нуждается в защите от механических повреждений;
• жидкое стекло быстро кристаллизуется;
• жидкое стекло обладает достаточно сильной щелочной реакцией, поэтому работы с ним следует проводить с соблюдением мер безопасности;
• При добавлении жидкого стекла в цементные растворы и бетоны их прочность уменьшается.

Работая с жидким стеклом, надо придерживаться мер безопасности (силикаты имеют сильную щелочную реакцию). Вот важные рекомендации по гидроизоляции с использованием жидкого стекла:

Материал наносят кистью, распылителем или заливают небольшими порциями, в 3-4 слоя по 3-5 мм.При заливке следует обязательно обработать нанесенную массу игольчатым валиком чтобы удалить образовавшиеся пузыри.
Все работы проводятся исключительно в защитной одежде, в том числе обязательно в резиновых перчатках и сапогах. Под руками надо иметь нейтрализующий слабый раствор уксуса и чистую воду на случай попадания силикатов на кожу или в глаза.
Жидкое стекло очень быстро твердеет и повторно не разбавляется, поэтому готовитьраствор необходимо в количестве, достаточном для небольшой площади поверхности.
Работать следует быстро, особенно в больших помещениях. Каждый слой средства должен быть залит полностью, на всю площадь пола, до того как начнет затвердевать. Иначе образуются «швы», которые будут пропускать влагу.

В заключение хочется коснуться темы ремонтопригодности гидроизоляционных и иных покрытий, содержащих жидкое стекло. Дело в том, что после застывания, жидкое стекло превращается в стеклоподобную твердую субстанцию, с которой отделочные и ремонтные материалы имеют слабую степень адгезии. То есть для ремонта или отделки поверхности с нее следует удалить покрытие из жидкого стекла, вплоть до восстановления структуры бетона, а это — достаточно трудоемкий процесс.

САМОТВЕРДЕЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ ЖИДКОГО СТЕКЛА | Лако-красочные материалы

Свойства жидкого стекла

Свойства водных растворов силикатов щелочных металлов и их способность вступать в физико-химическое взаимодействие с раз­личными веществами в большой мере определяются свойствами безводных силикатов — силикатных стекол. Безводные силикаты щелочных металлов изучены значительно лучше, чем их водные растворы. Существует несколько гипотез о строении силикатных стекол.

Все гипотезы допускают наличие в стекле высокополимерного, апериодического, но не лишенного отдельных упорядоченных ми­крообластей каркаса, приближающих стекло к кристаллической структуре.

Различные точки зрения по вопросу внутреннего строения крем­неземистого стекла могут быть сведены к двум важнейшим: к тео­рии пространственной сетки Захариазена и цепочечной гипотезе Сосмэна — Тарасова. По мнению большинства исследователей, расхождения между этими представлениями носят больше каче­ственный, чем количественный характер. Строение стекол лучше описывается той или иной теорией в зависимости от их состава и сложности.

Согласно современным представлениям стекла щелочных сили­катов являются частным случаем рассмотренных систем. Они со­стоят из кремнекислородных комплексов, несущих отрицательный заряд, степень сложности и разветвленности которых может быть различной, и катионов металлов (Na+, К+ и т. д.). Для этих стекол характерно наличие связи двух типов: ионно-ковалентной (связь Si—О) и ионной (Me—О). Как показало изучение строения ряда силикатов [74], при большом содержании щелочных окислов сили­каты состоят из щелочных или слоистых радикалов — Si—О—Si, сшитых катионами щелочного окисла. В этом случае свойства сте­кол будут определяться ионной связью. При малом содержании щелочных окислов образуются каркасные (непрерывные) струк­туры, а свойства стекол будут определяться ионно-ковалентной связью.

Детальным изучением диаграммы состояния бинарной системы Na20—Si02 установлено существование трех определенных сили­катов натрия: 2Na20-Si02, Na20-Si02 и Na20-2Si02. По данным П. Н. Григорьева и М. А. Матвеева, к числу индивидуальных кристаллических силикатов натрия, обнаруживаемых современ­ными методами, относится также трисиликат натрия Na20-3Si02. Растворимость силикатов натрия в воде ухудшается по мере увели­чения их модуля.

По представлениям С. К. Дуброво и О. А. Шмидт, процесс взаи­модействия силикатов натрия с водой и их растворение протекают в две стадии. На первой стадии происходит обмен ионов натрия стекла на ионы водорода раствора, вследствие чего на поверхности образуется слой кремневой кислоты, составляющей вместе с крем­неземом исходного стекла защитный слой на его поверхности. На второй стадии происходит взаимодействие защитного слоя с обра­зовавшимся щелочным раствором, вызывающее растворение крем­невой кислоты на поверхности.

Было установлено, что при взаимодействии силикатов натрия с водой вся переходящая в раствор кремневая кислота находится в молекулярной степени дисперсности. При этом, по мнению М. А. Матвеева, стеклообразные щелочные силикаты переходят в раствор, не гидролизуясь, и диссоциируют в растворе на ком­плексные гидратированные ионы щелочного металла и кремнекис — лородные анионы.

Система Na20—Si02—Н20 была изучена в интервале темпе­ратур 10—450° С. При постепенном выпаривании водных растворов метасиликата натрия, по данным Р. Айлера [1] и Ю. Вейла, могут быть выкристаллизованы гидратированные метасиликаты различных типов, например Na2Si03-5h30; Na2Si03-6h30; Na2Si03-8h30 и Na2Si0s-9h30, с температурами плавления соот­ветственно 72,2; 62,85; 48,35 и 47,85° С. Они очень хорошо раство­римы в воде и имеют кристаллический характер.

Растворы силикатов натрия в воде изучали многие исследова­тели, однако их строение до настоящего времени выяснено недо­статочно. Чаще всего жидкие стекла рассматривают как лиофиль — иые коллоидные системы. Так как взгляды на строение лиофиль — ных коллоидных систем в последнее время сильно изменились, то и представления о строении жидких стекол в известной мере устарели. Еще несколько десятилетий назад лиофильные коллоиды считались гетерогенными неравновесными системами, а теперь всеми признаются за истинные равновесные растворы полиме­ров [16J.

Последние представления о полимерном строении неорганиче­ских стекол вообще и щелочно-силикатных стекол, в частности, дают основание рассматривать жидкие стекла как растворы неорганических полимеров. Свойства их определяются подвиж­ностью и гидратацией катионов щелочного металла и разветвлен — ностью полимерных кремнекислородных анионов. От настоящих полимеров органического происхождения стекла отличаются тем, что их полимерная часть (каркас) имеет характер высокополимер­ного анионного радикала. М. А. Матвеев и А. И. Рабухин отме­чают, что особенностью силикатных и других стекол является то, что у них анион полимеризован, а катион мономерен. Э. Тило указывает, что для неорганических полимеров специфичным является наличие не полимерных молекул, а полимерных ионов. А. И. Рабухин, изучавший физико-химические свойства жидких стекол, указывает на двойственность их природы. По зависимости плотности жидких стекол от их состава, по сжимаемости, показа­телям преломления и отчасти эквивалентной электропроводности они ведут себя как водные растворы электролитов, а по свойствам вязкости, резко возрастающей с концентрацией, — как растворы полимеров.

Степень диссоциации силикатов в водных растворах невелика. Причина этого состоит в том, что свободный заряд полимерных анионов может возрасти настолько, что оставшиеся катионы чисто электростатически препятствуют диссоциации.

Жидкое стекло обладает высокой реакционной способностью. Как отмечается в специальной литературе, веществ, не реагиру­ющих с жидким стеклом, известно меньше, чем веществ, вступа­ющих с ним во взаимодействие.

Взаимодействие жидкого стекла с кислотами

Так как силикаты натрия являются солями очень слабой крем­невой кислоты, последняя должна вытесняться из этих солей всеми растворимыми в воде неорганическими и органическими кислотами. При этом образуется гель кремневой кислоты, обла­дающий вяжущими свойствами. Приводим схему одной из таких реакций (по данным П. Н. Григорьева и М. А. Матвеева):

Na2Si03 + 2НС1 = 2NaCl + h3Si03.

По нашим данным, большинство кислот очень энергично взаимодействует с жидким стеклом, образуя хлопьевидные осадки — кремиегель. Твердение с индукционным периодом про­исходит только при большом разбавлении стекла (до плотности 1,1) и низкой концентрации кислот (10—20%), однако образу­ющийся при этом гель малопрочен.

Ряд соединений (А1С13, Fe2(S04)3, A12(S04)3, Na2C03 и др.) подвергается гидролизу с образованием соответствующей кислоты, вступающей затем во взаимодействие с жидким стеклом (случай двухступенчатой реакции), но все они по тем или иным причинам не могут быть использованы для отверждения жидкого стекла.

Взаимодействие с кремнефтористоводородной кислотой. Крем- нефтористоводородная кислота является сильной двухосновной кислотой и относится к числу комплексных соединений. В водном растворе подвергается диссоциации и гидролизу в несколько по­следовательных стадий. В больших количествах h3SiF6 получают в технике поглощением водой SiF4, являющегося побочным про­дуктом производства суперфосфата и фосфорной кислоты. Это очень дешевый материал, сырьевые ресурсы которого неогра­ниченны.

Условно состав раствора h3SiF6, по данным И. Г. Рысс, можно представить как смесь HF, SiF4 и Н20.

В водном растворе HF диссоциирует:

2HF^2H’+2F’.

Положение равновесия этой реакции смещается вправо вследствие связывания ионов фтора в относительно прочный комплексный ион SiFe:

2F’ + SiF4 раств <— SiFe-

Фтористый кремний подвергается гидролизу:

SiF4 + 2Н20 ^ SiO, гидр + 4HF.

Свойства водного раствора будут определяться условиями равновесия этих основных реакций. В щелочном растворе часть кислоты нейтрализуется мгновенно, а затем наступает проте­кающий во времени процесс разложения SiF|; по уравнению

SiF6^SiF4 +2F’.

При взаимодействии кремнефтористоводородной кислоты с жидким стеклом скорость реакции, по-видимому, определяется разложением SiFej и последующим гидролизом SiF4, в процессе которого образуются кремнегель и плавиковая кислота HF, реагирующая затем с силикатом натрия.

Условно в общем виде реакцию химического взаимодействия между h3SiF6 и жидким стеклом различного модуля можно за­писать следующим образом:

Для одномодульного стекла

H.,SiFc -1- 3NaSiOs + 7Н30 — 6NaF + 4Si (ОН)4; (7)

Для двухмодульного стекла h3SiF„ + 3Na2Si20B + 13НгО — 6NaF + 7Si (ОН)4. (8)

Образующаяся в процессе реакции ортокремиевая кислота выделяется в виде геля, вызывая затвердевание смеси. Кремний, входящий в состав h3SiF6, участвует в образовании дополни­тельных молекул ортокремневой кислоты, повышающих связу­ющую способность системы. В качестве отвердителя применяли кремнефтористоводородную кислоту 8%-ной концентрации. В та­ком виде она чаще всего поставляется потребителям. Эксперимен­тальные данные по продолжительности гелеобразования компози­ций жидкое стекло — h3SiFe при разной плотности жидкого стекла и переменном количестве кислоты приведены на рис. 28.

Весьма важной и интересной особенностью кремнефтористо — водородной кислоты является ее способность вызывать геле- образование в концентрированных растворах жидкого стекла с регулируемым индукционным периодом, причем до наступления момента коагуляции физические свойства раствора, в частности его вязкость, остаются практически неизменными. С повышением плотности жидкого стекла продолжительность гелеобразования возрастает. Прочность образующегося геля высока, но она умень­шается с понижением плотности жидкого стекла и повышением содержания кислоты.

Составы и свойства ЖСС с кремнефтористоводородной кисло­той приведены в гл. 5.

^ОБг/см3

Го W 60 80 100 120 см3 Коли.»сспЗп HzSlFe

Рис. 28.

П родолжительность гелеобразования композиций, состоящих из 100 см3 жидкого стекла различной плотности и переменного количества H2SiF„ (8%-иая концентрация)

Соли кремнефтористоводородной кислоты — фторосиликаты также отверждают жидкое стекло, взаимодействуя с ним по тем же схемам (7), (8). Примером этой группы соединения является кремнефтористый натрий Na2SiFe. Он находит применение в строи­тельной промышленности для получения самотвердеющих кислото­упорных цементов на основе жидкого стекла [61 ] и может исполь­зоваться для приготовления самотвердеющих формовочных смесей на жидком стекле.

Взаимодействие жидкого стекла с гидроокисями щелочноземельных металлов и силикатами кальция

По данным П. Н. Григорьева и М. А. Матвеева, жидкое стекло легко и быстро реагирует с гидроокисями щелочноземельных металлов с образованием гелеобразных продуктов реакции.

Реакция, например, гидроокиси бария с жидким стеклом про­текает по следующей схеме:

NaX> • nSi02 — f Ва(ОН)2 + 6Н20 =

= 2NaOH + (я — 1) Si02 + BaSi03 -6h30.

Эти же авторы отмечают, что аналогично идет реакция жидкого стекла с гидроокисями других щелочноземельных металлов:

Са(ОН)2, Mg(OH)3I Sr(OH)2.

Здесь также необходимо рассмотреть возможность двухста — дийного протекания реакции между жидким стеклом и веществами, образующими в водной среде гидроокиси щелочноземельных ме­таллов.

Из строительной практики известна способность трехкаль — циевого и двухкальциевого силикатов, являющихся минералоги­ческими составляющими портландцемента, подвергаться гидро­лизу при достаточном количестве воды с образованием Са(ОН)2 и различных гидросиликатов кальция в процессе твердения це­мента.

Приводим схему реакций гидролиза трехкальциевого и двух­кальциевого силиката по данным работы [61 ] и В. Ф. Журавлева:

2 (ЗСаО • Si02) + 6Н20 = ЗСаО • 2Si02- ЗН20 + ЗСа(ОН)2;

2СаО • Si02 + яН20 = Са(ОН)2 + СаО • Si02 (п — 2) Н20. (9)

Обе реакции гидролиза протекают медленно, особенно вторая.

Большое количество двухкальциевого силиката (более 50%) содержится в саморассыпающихся шлаках феррохромового про­изводства, а также в отходах, получающихся при производстве глинозема из нефелиновых руд, так называемых нефелиновых шламах. В связи с этим нами были изучены чистые синтезиро­ванные ЗСаО Si02 и |3-2СаО SiOa, портландцемент, содержащий эти соединения в больших количествах, а также феррохромовый шлак и нефелиновый шлам, в состав которых входит двухкаль — циевый силикат. Материалы размалывали до примерно равной удельной поверхности (удельная поверхность C3S была равна 3200 см2/г, удельная поверхность |3-C2S — 3400 см2/г). Дисперс­ность феррохромового шлака и нефелинового шлама была близкой к дисперсности остальных материалов: удельная поверхность шлака (домолотого) составляла 3100 см2/г; а нефелинового шлама — 3000 см2/г. Диаграммы твердения композиций, состоящих из жидкого стекла (М = 2,9 и М = 2,4, р = 1,48 г/см3) и порошко­образных отвердителей, взятых в соотношении 1 : 1 (по массе) представлены на рис. 29.

При модуле 2,9 композиции с трехкальциевым силикатом (C3S) твердеют мгновенно в процессе их приготовления. Поэтому кривая твердения для C3S на рис. 29, а не приведена. Двухкаль — циевый силикат ^-модификации, нефелиновый шлам и феррохро — мовый шлак твердеют с жидким стеклом при наличии хорошо вы­раженного индукционного периода. Затвердевшие композиции имели однородный вид и достаточно высокую прочность. При за­мешивании портландцемента с жидким стеклом модуля 2,9 сразу же наблюдается частичное схватывание массы с образованием ко­мочков. Индукционный период твердения отсутствует. Дальней­шее затвердевание композиции протекает очень медленно. Такой характер твердения объясняется, по-видимому, разнородностью состава портландцемента: одни минералогические составляющие (такие, как трехкальциевый силикат, алюминаты кальция) реаги­руют с жидким стеклом очень быстро, другие — медленно.

Снижение модуля жидкого стекла с 2,9 до 2,4 привело к за­медлению скорости взаимодействия компонентов и существенно изменило характер твердения композиций (рис. 29, б). В этом случае не только C2S, но и C3S, и портландцемент твердеют при

Рис. 29. Кинетика твердения композиций жидкое стекло—силикаты кальция: А — М = 2,9; б — М = 2,4; / — р— C, S; 2 — нефелиновый шлам; 3 — феррохромо — вый шлак; 4 — портландцемент; 5 — C3S

Заметном индукционном периоде, а интервал времени между нача­лом и окончанием твердения сравнительно небольшой.

Судя по приведенным данным, чистый двухкальциевый сили­кат, а также феррохромовый шлак и нефелиновый шлам дают наиболее благоприятный характер твердения композиций и удо­влетворяют основным требованиям, которые предъявляются к от — вердителям. Твердение формовочной массы происходит практи­чески одновременно по всему объему. Те же данные свидетель­ствуют о возможности применения в качестве отвердителей также трехкальциевого силиката и портландцемента в сочетании с низ­комодульным стеклом.

Двухкальциевый силикат в самостоятельном виде в природе не встречается. Поэтому, с точки зрения практического использо­вания, особый интерес представляют дешевые и доступные ма­
териалы, содержащие C2S в больших количествах: феррохромовый шлак, нефелиновый шлам, электропечные, мартеновские и до­менные шлаки; шлаки, получающиеся при производстве ферро­марганца и ферровадания, и др.

Рис. 30. Полиморфные превращения (кривая Бредига)

Рассмотрим более подробно материалы, содержащие C2S, и их свойства.

Свойства двухкальциевого силиката и содержащих его материалов

Двухкальциевый силикат. Ортосиликат кальция (2СаО • Si02) существует в четырех модификациях: а, а’, р и у. Полиморфные превращения двухкальциевого силиката наглядно иллюстри­руются кривой М. Бредига, представленной на рис. 30. При на­гревании наблюдается следующий пор’ядок полиморфных превра­щений: y^-a’-t-a, а при охлаждении a — v a’ — v p ->- 7 [35 ].

A.—C2S устойчив при температурах выше 1447° С, при темпе­ратуре 1447° С переходит в a’—C2S.

Ее’—C2S при нагревании, начиная от у-модификации, устойчив в интервале температур 850—1447° С; при охлаждении а’—C2S никогда не получается 7—C2S; при 670° С образуется р—C2S, а последний при температуре ниже 525° С медленно переходит в у—C2S. Плотность a—C2S 3,4 г/см3.

Р—C2S является мета — стабильной модификацией. При охлаждении чистый Р—C2S переходит в у-мо- дификацию. Плотность р— QS 3,28 г/см3. В присут­ствии примесей этот пере — ход может затянуться или |> вообще не произойти. ^

У—C2S образуется толь­ко при охлаждении других модификаций и представ­ляет собой наиболее ста­бильную фазу. Она устой­чива при температуре ниже 780—830° С. Плотность у—C2S 2,97 г/см3.

Фазовые переходы: расплав a, a ^ а’ и a’ ^ р являются обратимыми, а превращения р-v у и у—а’ идут только в одном направлении.

Из-за большой разницы в плотности переход р—C2S в у—C2S сопровождается увеличением объема примерно на 12%, что при­водит к саморассыпанию шлака

Металлургические шлаки. Большое количество двухкальцие­вого силиката содержится в саморассыпающихся шлаках ферро­хромового производства, электропечных, мартеновских и до­менных шлаках. Саморассыпающиеся шлаки представляют интерес

Таблица 10. Средний химический состав шлаков от производства феррохрома на различных заводах СССР Завод Химический состав, % Колебан ие удельной поверх­ности шлака, см’/г СаО Si О, А1,0, MgO Сг. О, FeO Актюбинский 50—54 25,0— 5,1— 9.0— 3,1— 0,30— 1450— 29,5 6.5 10,2 9,6 1.7 1800 Серовский 49— 26,2— 6,5-8 9,5— 2—3 0,82— 1350— 52,3 27,7 10,0 1,4 1800* Челябинский 48,0— 19,5— 4,0— 7 5— 3,0— 0,10— 1300— 52,3 30,0 6,7 12,0 12 5 3,3 1700 * Запорожский 52—55 26—29 4—7 8—10 2—8 0,4— 1300— 0,9 2700

* После ввода в строй на этнх заводах цехов сепарации и просеивания шлака его удельная поверхность составляет 2000—2500 см2/г.

По двум соображениям. Во-первых, склонность шлака к само­рассыпанию косвенно указывает на высокое содержание в нем двухкальциевого силиката. Во-вторых, саморассыпающийся шлак является тонкодисперсным материалом и перед употреблением не требует дополнительного размола.

Саморассыпающиеся шлаки феррохромового производства. Та­кой шлак имеется в больших количествах на Челябинском элек­трометаллургическом комбинате, Актюбинском, Серовском и За­порожском ферросплавных заводах. Минералогический состав феррохромового шлака следующий [20]: 65% у—2Ca0Si02; 5% р—2СаО Si02; 20—25% шпинели Mg0Al203, FeO (Al, Cr)203.

Химический состав феррохромового шлака различных заводов представлен в табл. 10.

В табл. 11 приводятся полученные нами данные по определе­нию величины удельной поверхности, влажности, химического состава и активности образцов шлака всех четырех ферросплавных заводов. Для шлаков Челябинского и Актюбинского заводов удалось установить длительность их хранения в отвале и тем самым выявить влияние возраста шлака на его свойства.

Шлаки четырех заводов по химическому составу немного раз­личаются. В пределах одного и того же завода химический состав и основность различных партий шлака характеризуется доста­точно высокой стабильностью.

Активность шлака в основном определяется его возрастом (продолжительностью хранения) при прочих равных условиях. Косвенным показателем возраста шлака в большинстве случаев может быть его влажность. С повышением влажности активность снижается.

Активность шлака тем больше, чем выше его удельная поверх­ность, о чем можно судить при сравнении двух образцов Запорож­ского шлака (см. № 16 и 15 в табл. 11).

Саморассыпающиеся электропечные, мартеновские и доменные шлаки. Электропечные и мартеновские шлаки могут также служить отвердителями жидкого стекла, однако химический состав шлаков, даже для одной и той же марки стали, от плавки к плавке ко­леблется (табл. 12), степень рассылаемое™ шлаков и соответ­ственно их активность различны, что, естественно, осложняет получение ЖСС со стабильными свойствами. Мартеновские само­рассыпающиеся шлаки по составу и свойствам аналогичны элек­тропечным.

Саморассыпающиеся доменные шлаки в исходном состоянии имеют удельную поверхность 600—1000 см2/г и твердеют с жидким стеклом очень медленно (2,5—3,5 ч). После домола шлака до удельной поверхности 4000—5500 см2/г активность его суще­ственно возрастает — время твердения композиций составляет 45—60 мин. Нет сомнений в том, что доменные шлаки после домола можно применять в качестве отвердителей для смесей на жидком стекле, что подтверждается также данными X. И. Виш­някова и работами французского Технического центра литейного производства.

Нефелиновый шлам. Нефелиновый шлам представляет собой побочный продукт производства глинозема из нефелиновых руд. Большое количество этого материала имеется на Волховском алюминиевом заводе им. Кирова, Пикалевском глиноземном ком­бинате им. 50-летия СССР и Ачинском глиноземном комбинате. Сырьевые ресурсы нефелинового шлама практически неогра­ниченны.

По минералогическому составу нефелиновый шлам содержит 80—85% Р—2Ca0Si02. В связи с этим шлам как отвердитель ведет себя так же, как и чистый р—2СаО Si02, что подтверждается кривыми 1 и 2 рис. 29.

Данные о химическом составе нефелинового шлама на двух заводах (табл. 13) за длительный период производства свидетель­ствуют о незначительных колебаниях в составе и высокой стабиль­ности этого материала.

По минералогическому составу нефелиновый шлам и ферро­хромовый шлак различаются главным образом тем, что в первом двухкальциевый силикат находится в p-форме, а во втором — в у-форме. Стабилизируют p-форму, т. е. препятствуют ее пере­ходу в у-модификацию, такие примеси, как окислы бора, хрома, фосфора, а также присутствие небольших количеств щелочи. По-видимому, повышенное содержание щелочей в нефелиновом шламе (до 2,2—2,8%) оказывает стабилизирующее действие на Р—C2S, препятствуя его саморассыпанию.

Из изложенного ясно, что наиболее перспективными материа­лами для отверждения жидкого стекла, являются саморассыпа-

Таблица 12. Физико-химические свойства образцов саморассыпающегося шлака электропечного производства Марка стали Химический состав (основные окислы), % СаО Si О, Удель­ная поверх­ность, см2/г Актив­ность, мнн СаО Si О, МпО AIsO, MgO 110Г13Л 110Г13Л 35Л 52,08 56,0 59,43 22,74 21,60 19,81 0,90 2,10 0,50 3,35 4,20 13,75 11,85 2,29 2,6 3,0 2440 1680 900 38 13 65

Ющийся феррохромовый шлак и нефелиновый шлам. В принципе возможно применение для этой цели металлургических шлаков других производств — электропечных, мартеновских и доменных, однако они уступают первым двум. материалам по активности и стабильности. Процессы твердения ЖСС на жидком стекле с двухкальциевым силикатом и содержащими его материалами будут рассмотрены в самостоятельном разделе.

Таблица 13. Химический состав (%) образцов нефелинового шлама Завод СаО Si О, AI2Os Fe,0, Na20+K20 П. п. п. Волховский 54,37 30,42 3,45 2,90 2,26 2,30 Пикалевский 56,54 29,67 2,96 2,98 2,79 2,55

на Ваш сайт.