Теоретичне та експериментальне обґрунтування принципів модифікації композицій систем CaO-Al2O3-SO3-H2O

Анотація

Створення нових різновидів стандартних (розширених) і спеціальних цементів є одним із основних напрямів сучасних розробок у технології виробництва цементних речовин. У групі спеціальних цементів особливе місце посідають глиноземні, сульфоалюмінатні та ін. Основні науково-дослідні роботи при розробці таких цементів ведуться в напрямку створення нових композицій, що забезпечують заміну дефіцитних компонентів. При такому складі матеріалу вартість композицій з властивостями глиноземистих цементів дещо вища, ніж звичайних, але їхнє використання покращує експлуатаційні характеристики виробів. Підсумовуючи накопичений досвід, зазначимо, що нові ефективні склади на основі глиноземистого цементу, гіпсу та відходів виробництва досить ефективні в економічному та технічному відношенні. Мета статті – визначити залежність утворення гідратних сполук при гідратації алюмінатних та сульфоалюмінатних цементів від поверхневої енергії Гіббса ∆G = f(а.о.м) та співвідношення ∆G = f(mCaO/nAl₂O₃) у мінералах системи на середню енергію Гіббса та підвищення стабільності етрингітової фази системи                              CaO-Al₂O₃-SO₃-H₂O. У статті розглянуто можливості управління процесами гідратації шляхом створення композитів і введення добавок, що впливають на значення поверхневої енергії Гіббса системи                            CaO-Al₂O₃-SO₃-H₂O. В результаті збільшується кількість центрів кристалізації і швидкість хімічних процесів. Теоретично обґрунтована гіпотеза про вплив співвідношення G = f(mСаО/nAl₂О₃) в мінералах системи CaO-Al₂O₃-H₂O на поверхневу енергію Гіббса: СА₂ = 0.27 - ∆G = 24.70, СА = 0.54–51.86,      С₁₂А₇ = 0.8–141.00, С₃А = 1.63–145. Теоретичні положення про вплив ∆G при гідратації алюмінатних цементів у присутності гіпсу отримали подальший розвиток – систему хімічних реакцій CaO-Al₂O₃-SO₃-H₂O можна поділити на дві системи (частини): а) CaO-Al₂O₃-H₂O; б) CaO-Al₂O₃-SO₃-H₂O, внаслідок чого в першому випадку утворюється С₃AН₆, СAN₁₀, С₂AН₈, С₄AН₁₃, Са₂(OН)₂, а в присутності гіпсу – трисульфатна форма гідросульфоалюмінату кальцію (ТГСАК) і моносульфатна форма гідросульфоалюмінату кальцію (МГСАК). Відповідно для першої та другої частин відбувається процес утворення Al(ОН)₃. Теоретично визначено та експериментально підтверджено оптимальний вміст сульфату кальцію (в межах 30–40 % від маси композиції), що позитивно впливає на кількість етрингітоутворення.