О  МИКРОСТРУКТУРЕ  ГАЗОСИЛИКАТОВ

Шарк  Матрасулович  Рахимбаев

д-р  техн.  наук,  проф.  кафедры  Строительного  материаловедения,  изделий  и  конструкций  Белгородского  государственного  технологического  университета  им.  В.Г.  Шухова,  РФ,  г.  Белгород

E-mail: 

Маргарита  Владиславна  Кафтаева

канд.  техн.  наук,  доцент,  зав.  кафедрой  Городского  строительства  и  хозяйства  Белгородского  государственного  технологического  университета  им.  В.Г.  Шухова,  РФ,  г.  Белгород

E-mail :  kaftaeva61@yandex.ru

Анна  Викторовна  Теличко

старший  преподаватель  кафедры  Проектирование  зданий,  Городское  строительство  и  хозяйство  Северо-кавказского  филиала  Белгородского  государственного  технологического  университета  им.  В.Г.  Шухова,  РФ,  г.  Минеральные  Воды

E-mail: 

ABOUT  THE  MICROSTRUCTURE  OF  GAS-SILICATES

Shark  Matrasulovič  Rakhimbaev

Prof.  Ph.d.,  Department  of  Construction  materials,  products  and  structures  of  Belgorod  State  Technological  University.  V.G.  Shukhov,  Russia  Belgorod

Margarita  Vladislavna  Kaftaeva

associate  Professor,  candidate  of  technical  sciences.  Department  of  urban  construction  and  economy  of  Belgorod  State  Technological  University.  V.G.  Shukhov,  Russia  Belgorod

Anna  Victorovna  Telychko

senior  lecturer,  Department  of  building  design,  urban  construction  and  economy  of  the  North  Caucasus  branch  of  the  Belgorod  State  Technological  University.  V .G.  Shukhov,  Russia,  Mineralnye  Vody

АННОТАЦИЯ

Целью  данной  статьи  является  изучение  особенностей  внутреннего  строения  газосиликата.  Влияние  минералогического  состава,  степени  кристаллизации  и  дисперсности  новообразований  гидротермального  синтеза  на  структуру  межпоровых  перегородок.  Исследования  поводились  электронно-микроскопическим  анализом  газосиликатных  изделий  заводского  изготовления.  Выявлены  три  типа  структурных  элементов:  глобулярные  образования,  конденсационно-кристаллизационные  и  сетчатые.  Сделаны  выводы  о  влиянии  на  качественные  показатели  при  сжатии  газосиликатных  изделий  имеющих  различную  структуру.

ABSTRACT

The  purpose  of  this  article  is  studying  of  features  of  an  internal  structure  of  gas-silicate.  Influence  of  mineralogical  structure,  extent  of  crystallization  and  dispersion  of  new  growths  of  hydrothermal  synthesis  on  structure  the  mezhporovykh  of  partitions.  Researches  were  moved  the  electronic  and  microscopic  analysis  of  gas-silicate  products  of  factory  production.  Three  types  of  structural  elements  are  revealed:  globulyarny  educations,  kondensatsionno-crystallizational  and  mesh.  Conclusions  are  drawn  on  influence  on  quality  indicators  at  compression  of  gas-silicate  products  having  various  structure.

Ключевые  слова:   газосиликат;  структура;  состав;  кристаллизация;  дисперсность.

Keywords:   gazosilikat;  structure,  composition;  crystallization;  dispersion.

Структура  газосиликатов  характеризуется  особенностями  внутреннего  строения  материала,  состоящего  из  межпоровых  перегородок  и  порового  пространства.  Структуру  межпоровых  перегородок  определяют:  минералогический  состав,  степень  кристаллизации  и  дисперсность  новообразований  гидротермального  синтеза;  структуру  порового  пространства  —  количество  и  качество  микро-  и  макропор  и  их  соотношение  [1].

Научные  изыскания  по  данному  вопросу  ведутся  давно,  но  точка  до  настоящего  времени  не  поставлена. 

В  работах  Е.Е.  Сегаловой  и  П.А.  Ребиндера  [4,  5]  показано,  что  носителями  прочности  цементного  камня  являются  два  основных  вида  связей  между  гидратными  частицами:  коагуляционные  и  конденсационно-кристаллизационные.  Первые  образуются  между  коллоидными  частицами  благодаря  прослойкам  молекул  воды  между  ними,  которые  выполняют  функции  своеобразного  клея.  При  этом  основную  роль  играют  дальнодействующие  водородные  связи  и  силы  Ван-дер-Ваальса  между  молекулами  воды  при  участии  поверхностных  сил  гидратных  частиц.  Такие  связи  в  основном  возникают  в  гелеобразных  и  слабозакристаллизованных  низкоосновных  гидросиликатах  кальция,  которые  отличаются  очень  малой  растворимостью,  особенно  по  СаО  (до  0,1—0,3  г/л  при  25  ^оС).

Двухосновные  гидросиликаты  кальция  C₂SH(A),  C₂SH(В)  устойчивы  лишь  в  насыщенных  растворах  гидроксида  кальция.  Они  имеют  повышенную  равновесную  растворимость  в  поровой  жидкости  вяжущих  систем  и  образуют  более  закристаллизованные  волокнистые  и  пластинчатые  микрокристаллы,  которые,  срастаясь  и  переплетаясь,  образуют  структуру  твердения.  Связи,  которые  возникают  между  этими  частицами  при  их  срастании,  называются  кристаллизационными.  Несросшиеся  частицы,  переплетаясь  между  собой  как  шерстинки  в  войлоке,  образуют  конденсационную  структуру.  Кристаллизационные  и  конденсационные  связи  действуют  только  на  очень  малых  расстояниях.

В  более  поздних  работах  воронежских  ученых  [2—6]  в  новообразованиях  силикатного  ячеистого  бетона,  имеющего  среднюю  плотность  700  кг/м³,  было  выделено  три  типа  структур  гидросиликатной  связки  —  гелевидной  структуры,  без  определенной  морфологической  характеристики,  структуры  волокнисто-игольчатого  и  пластинчатого  типов.

Просмотр  многочисленных  электронно-микроскопических  снимков  газосиликатных  изделий  заводского  изготовления  со  средней  плотностью  400—600  кг/м³,  выполненных  авторами  с  2010  по  2013  годы,  показывает,  что  в  них  можно  выделить  три  типа  структурных  элементов:  глобуляные  образования  (рис.  1),  состоящие  из  более  или  менее  изометрически  крупных  частиц,  имеющих  контакты  по  внешней  поверхности,  игловидные  частицы,  на  основе  которых  формируется  конденсационно-кристаллизационная  структура  твердения  (рис.  2)  и  участки  с  сетчатой  структурой  (рис.  3),  в  которой  стенки  пор  имеют  идеально  гладкую  поверхность,  образуя  структуры  срастания  и  прорастания.  Частицы,  из  которых  такие  участки  состоят,  имеют  преимущественно  пластинчатую  форму  с  очень  гладкими  базальными  плоскостями.  В  целом  отмечается  чрезвычайно  высокая  регулярность  этих  участков  и  практическое  отсутствие  дефектов  структуры.  По-видимому,  эти  частицы  состоят  из  кристаллов  тоберморита  и  ксонотлита.  Форма  пор  большинства  участков  такой  структуры  близка  к  треугольной.  Максимальный  размер  микропоры  достигает  1,5—2  микрометра,  поры  такого  размера  не  могут  быть  отнесены  к  гелевым.

Рисунок  1.  Глобулярные  образования  в  межпоровой  перегородке  газосиликата

Рисунок  2.  Конденсационно-кристаллизационная  структура  газосиликата

Рисунок  3.  Сетчатая  структура  газосиликата

Изложенные  соображения  о  видах  связи,  принадлежат  Е.Е.  Сегаловой  ,  но  есть  и  другой  подход  к  классификации  видов  связи,  которые  обеспечивают  формирование  структуры  твердения  газосиликатов.

Согласно  альтернативному  подходу,  который  используют  специалисты  по  твердению  полимерных  материалов,  различают  3  вида  связей  полимерных  материалов,  которые,  с  нашей  точки  зрения  относятся  и  к  неорганическим  вяжущим:

·     структуры,  которые  формируют  межмолекулярные  связи  между  элементарными  частицами  гидравлической  связки  неорганических  вяжущих.  К  ним  относятся  в  основном  водородные  связи  и  связи,  обусловленные  силами  Ван-дер-Ваальса.  Энергия  разрыва  этих  связей  достигает  5  ккал/моль  или  21  кДж/моль;

·     в  твердой  системе  образуются  так  же  связи  между  ионами  и  атомами  химических  элементов.  Энергия  их  разрыва  достигает  100—200  ккал/моль  или  400—800  кДж/моль.

·     при  взаимном  переплетении  волокнистых,  игольчатых  и  пластинчатых  частиц,  в  процессе  деформации  гидратных  соединений,  между  ними  возникают  силы  трения,  численные  значения  энергии  которых  является  промежуточными  между  значениями  указанных  выше  энергий  связи. 

Сравнивая  классификацию  Е.Е.  Сегаловой  и  авторов,  можно  отметить,  что  межмолекулярные  связи  аналогичны  коагуляционным,  межатомные  и  межионные  —  кристаллизационным,  а  силы  трения  —  конденсационным.

Преимущества  предлагаемой  нами  классификации  заключается  в  том,  что  энергии  разрыва  связей  первого  и  второго  вида,  за  исключением  сил  трения,  можно  легко  найти  в  справочной  литературе. 

Как  установлено  Чернышовым  Е.М.  и  учениками  [6,  7],  наибольшая  усадка  (1,37—2,4  мм/м)  при  хранении  наблюдается  у  того  материала,  цементирующее  вещество  которого  представлено  плохо  закристаллизованной  массой.  Увеличение  количества  тоберморита  в  новообразованиях  и  улучшение  степени  их  кристалличности  приводит  к  значительному  (в  3—4  раза)  снижению  величины  усадки  (до  0,2—0,57  мм/м).  При  рассмотрении  поверхности  разрушения  образцов  после  их  физико-механических  испытаний  можно  заметить,  что  указанные  глобулярные  новообразования  на  ней  занимают  наибольшую  площадь  [3].  Это  свидетельствует  о  том,  что  указанная  структура  является  слабейшим  участком  газосиликатного  камня.

Газосиликатные  изделия,  в  которых  преобладает  сетчатая  структура,  имеют  повышенные  показатели  прочности  при  сжатии.  Так,  изделия  марки  по  средней  плотности  D  500,  в  которых  наблюдалась  преимущественно  сетчатая  структура,  имели  прочность  при  сжатии  4,33  МПа,  против  3,37  МПа  базовых  образцов.

Из  этого  следуют  выводы:

·     образование  сетчатых  структур  более  вероятно  на  основе  тоберморитовой  связки,  отличающейся  большей  равновесной  растворимостью;

·     для  увеличения  возможности  появления  таких  структур  в  состав  смеси  необходимо  вводить  добавки,  увеличивающие  емкость  жидкой  фазы  по  ионам  кальция  и  кремнекислоты,  т.е.  повышать  их  концентрацию  в  жидкой  фазе.

Список  литературы:

1.Антипина  С.А.  Роль  волластонита  в  формировании  структуры  газосиликата  /  С.А.  Антипина,  В.Н.  Смиренская  //  сб.  тр.  III  всероссийской  научной  конференции  «Химия  и  химическая  технология  на  рубеже  тысячелетий»  2—4.  09.  2004.  Томск:  ТПИ.  2004.  —  С.  6—8.

2.Потамошнева  Н.Д.  Гидротермальный  синтез  цементирующих  веществ  и  технология  ячеистобетонных  изделий  на  основе  хвостов  обогащения  железистых  кварцитов:  автореф.  дисс.  канд.  техн.  наук:  05.23.05.  Воронеж:  ВГАСА,  1999.  —  21  с

3.Рахимбаев  Ш.М.  О  влиянии  основности  и  пористости  на  прочностные  характеристики  силикатных  материалов  /  Ш.М.  Рахимбаев,  М.В.  Кафтаева,  В.Л.  Курбатов.,  Н.Д.  Комарова,  А.В.  Теличко  //  Фундаментальные  исследования.  —  2014.  —  №  3  (часть  1).  —  С.  35—38. 

4.Сегалова  Е.Е.  Современное  физико-химическое  представление  о  процессах  твердения  минеральных  вяжущих  веществ  /  Е.Е.  Сегалова,  П.А.  Ребиндер  //  Строительные  материалы.  —  1960.  —  №  1.  —  С.  21—26. 

5.Сегалова  Е.Е.  Возникновение  кристаллизационных  структур  твердения  в  условиях  развития  их  прочности  /  Е.Е.  Сегалова,  П.А.  Ребиндер  //  Новое  в  химии  и  технологии  цемента  //  М.:  Госстройиздат,  1962.  —  С.  131—137. 

6.Чернышов  Е.М.  Изучение  условий  повышения  долговечности  силикатного  ячеистого  бетона:  Автореф.  дисс.  канд.  техн.  наук.:  М.:  МИСИ  им.  В.В.  Куйбышева,  1967.  —  20  с.

7.Шинкевич  Е.С.  Оптимизация  структуры  ячеистого  силикатного  бетона  по  комплексу  критериев  качества  на  основе  изопараметрического  анализа:  автореф.  дисс.  канд.  техн.  наук:  05.23.05.  Воронеж:  ВГАСА,  1985.  —  21  с.