Усадка жидкостекольных композитов, отвержденных хлоридом бария

УСАДКА ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ,

ОТВЕРЖДЕННЫХ ХЛОРИДОМ БАРИЯ

Одним из перспективных вяжущих для изготовления строительных материалов является жидкое стекло. Однако оно имеет существенный недостаток – значительную усадкe изделий, вызывающую внутренние напряжения. Линейная усадка различных жидкостекольных материалов при использовании традиционного отвердителя кремнефтористого натрия составляет до 6 %. Разработано несколько рецептурных и технологических способов снижения величины усадки, а именно (СЛАЙД): увеличение степени наполнения материала; снижение содержания воды в растворах жидкого стекла; введение полимеров; применение альтернативных отвердителей; использование специального режима тепловой и влажностной обработки изделий.

Из представленных способов ключевым является вид и концентрация отвердителя.

Ранее проведенные исследования показали, что одним из эффективных отвердителей, позволяющих увеличить количество твёрдофазных продуктов реакции, является хлорид бария. Структурообразование в системе «жидкое стекло – хлорид бария» имеет особенности, которые заключаются в образовании продуктов реакции – гидросиликатов бария (СЛАЙД), состава BaO·SiO2·6H2O, BaO∙SiO2∙H2O, BaO·SiO2·4H2O, Ba2[SiO2(OH)2]2 (силикат гидроксил бария), имеющих нитевидную форму и образующих специфическую сетчатую структуру (СЛАЙД).

На особенности строения и свойств продуктов реакции оказывают влияние условия формирования структуры материала. Кинетика линейной усадки от количества BaСl2·2H2O и температуры твердения представлены на СЛАЙДЕ.

Полученные экспериментальные данные достаточно точно аппроксимируются функцией (СЛАЙД):

EMBED Equation.3 ,

где EMBED Equation.3 – максимальное значение усадки композитов, %; k – кинетический коэффициент, сут-1; t – время, сутки.

Значения эмпирических коэффициентов представлены в табл.

Значения эмпирических коэффициентов

Количество

отвердителя, %

Значения коэффициентов

EMBED Equation.3 , %

k, сут-1

При температуре, °C

20…25

40…45

100…105

20…25

40…45

100…105

Хлорид бария

25

1,28

16,11

4,05

1,65

1,31

3,14

50

0,62

10,99

3,36

1,58

2,83

2,73

75

0,53

6,86

2,68

1,56

4,54

2,20

100

0,49

4,78

2,83

0,53

3,12

0,26

Кремнефтористый натрий

100

5,69

5,06

3,01

0,22

0,28

0,15

Из полученных данных видно (СЛАЙД), что минимальная усадка материалов, отверждённых BaСl2·2H2O, наблюдается при температуре отверждения 20…25°C и 100°C, а максимальная величина усадки – при 40…45°C. Это можно объяснить следующим образом. Отверждение жидкого стекла осуществляется при протекании двух процессов: физического – испарения физически связанной воды (высыхание) и химического – взаимодействия вяжущего и отвердителя. Скорость химического взаимодействия определяется как концентрацией ионов отвердителя, так и температурой среды; скорость испарения воды закономерно увеличивается с повышением температуры тепловой обработки. Вклад каждого процесса в величину усадки зависит от количества воды и отвердителя, а также температуры.

При использовании растворов жидкого стекла равной плотности влияние физического фактора на усадку можно определить по кинетике изменения количества воды (СЛАЙД).

Анализ полученных данных (СЛАЙД) показывает, что, независимо от температуры твердения, увеличение количества отвердителя сопровождается экстремальным изменением потери массы материала. Максимум наблюдается при содержании отвердителя 50…75%. Это указывает на химическое связывание воды в кристаллогидраты и силикат-гидроксилы, при содержании отвердителя 25 и 100%.

Вклад химического фактора возможно оценить по изменению количества силикатов бария и свободного отвердителя в материале (СЛАЙД).

Из полученных результатов видно, что зависимости имеют линейный характер: чем меньше отвердителя и ниже температура твердения, тем полнее протекает реакция.

Таким образом, значение усадки определяется фактором, доминирующим в определённых условиях. Для установления управляющего фактора рационально проанализировать изменения кинетического коэффициента уравнения L=L(t). (СЛАЙД)

При температуре 20 и 100°C значение k монотонно возрастает с уменьшением количества отвердителя. Медленное испарение свободной воды при твердении в естественных условиях способствует полному протеканию химической реакции отверждения и образованию больших по объёму продуктов реакций. При температуре 100°C происходит только частичное связывание отвердителя в водосодержащие продукты и наполнение смеси частицами не вступившего во взаимодействие отвердителя (СЛАЙД).

При температуре 40…50°C с увеличением содержания отвердителя происходит образование маловодных силикатов бария, приводя к уменьшению объёма продуктов реакции. При использовании 100% отвердителя высыхание доминирует над протеканием химических реакций и частицы BaСl2·2H2O наполняют материал, выполняя функцию наполнителя (СЛАЙД). Поэтому значение k при количестве отвердителя 100% снижается.

Исследования линейной усадки жидкостекольных композитов, отверждённых кремнефтористым натрием, показали, что значение усадки выше, чем при использовании предлагаемого отвердителя, а k имеет невысокое значение.

Анализ данных по кинетике усадке композитов, отверждённых кремнефтористым натрием, также указывает на экстремальный характер его изменения. Высокое значение усадки при температурах 20…50°C свидетельствует об уменьшении объёма продуктов взаимодействия и протеканию физических процессов отверждения (испарение воды). Это подтверждают данные других исследователей, указывающих на обнаружение кремнефтористого натрия в жидкостекольных композитах в возрасте 1 года.

Анализ приведённых данных показывает, что для уменьшения усадки радиационно-защитных композиций на основе жидкого стекла эффективно его отверждение хлоридом бария в стехиометрическом соотношении при температуре 20…25°C. Образующиеся силикаты бария снижают усадку композитов, уменьшают величину внутренних напряжений и обеспечивают получение композитов с высоким значением показателей эксплуатационных свойств.

Спасибо за внимание!!!