- •Методические указания
- •Состав оксидов
- •Получение оксидов
- •Классификация оксидов
- •Химические свойства оксидов Основные оксиды реагируют:
- •Основания
- •Номенклатура
- •2.2. Классификация
- •2.3. Химические свойства оснований
- •Получение оснований
- •Кислоты
- •3.1. Классификация кислот
- •3.2. Номенклатура
- •3.3. Химические свойства кислот
- •3.4. Получение кислот
- •2) Бескислородных – взаимодействие простых веществ:
- •4.1. Классификация
- •4.2. Номенклатура
- •4.3. Химические свойства солей
- •4.4. Получение солей
- •Строение атома
- •Значимость изучения строения атома для химии
- •Модели строения атома
- •Модель Томсона
- •2.2 Модель Резерфорда
- •2.3. Модель Бора
- •2.4. Квантово-механическая модель строения атома
- •3. Квантовые числа
- •Многоэлектронные атомы
- •4.1. Принцип Паули
- •4.2. Правило Гунда
- •4.3. Принцип наименьших энергий
- •Химическая кинетика и равновесие Химическая кинетика
- •Химическое равновесие
- •Растворы
- • Закон Рауля
- •Способы выражения концентрации раствора
- •Электролитическая диссоциация
- •Ионные реакции в растворах
- •Гидролиз солей
- •Диссоциация воды
- •1.2. Водородный показатель – рН
- •1.3. Сильные и слабые электролиты
- •1.4. Гидролиз солей
- •1.5. Количественные характеристики гидролиза
- •Окислительно-восстановительные реакции
- •Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса
- •Электродные потенциалы. Гальванические элементы
- •Двойной электрический слой. Электродный потенциал
- •2. Гальванические элементы
- •Коррозия металлов. Методы защиты от коррозии
- •Вяжущие вещества. Коррозия бетонов
- •1. Вяжущие вещества
- •I.2. Воздушные вяжущие вещества
- •I.2.I. Строительный гипс
- •1.3. Гидравлические вяжущие вещества
- •1.3.1. Портландцемент
- •2. Коррозия бетона и меры борьбы с ней
- •3.1. Виды коррозии бетона
- •3.1. Коррозия бетона первого вида
- •4. Методы предотвращения и снижения степени коррозии бетона.
1.3. Гидравлические вяжущие вещества
1.3.1. Портландцемент
Наиболее важным гидравлическим вяжущим является портландцемент. Это медленнотвердеющее вяжущее, получаемое путем высокотемпературного обжига (до спекания, т.е. примерно 1500 °С) мергелей или искусственных смесей, состоящих из 75-78% известняка СаСО3 и 22-25% каолина Аl2О3 · 2 SiO2 · 2H2O.
В процессе обжига можно выделить шесть зон мокрого способа получения цемента: 1 – испарения (100-200 °С), 2 – дегидратации (400-800 °С), 3 – декарбонизации (900-1200 °С ), 4 – экзотермических реакций (1200-1300°С), 5 – спекания (1450 °С), 6 – охлаждения.
Полученный материал, называемый цементным клинкером, подвергается тонкому помолу.
Таблица 2
Минералогический состав портландцементного клинкера
Название минерала
|
Химический состав |
Обоз- наче- ние |
Название и обозна- чение |
Содержа- ние в клинкере % |
Двухкальциевый силикат |
2СаО · SiO2 |
C2 S |
Белит (В) |
15-37 |
Трехкальциевый силикат |
32СаО · SiO2 |
C3 S |
Алит (А) |
37-60 |
Трехкальциевый алюминат |
3CaO · Al2O3 |
C3 A |
- |
7-15 |
Четырехкальциевый алюмоферрит |
4CaO · Al2O3 ·Fe2O3 |
C4 AF |
Целит (С) |
10-18 |
При помоле к клинкеру добавляют природный гипс в количестве от 3 до 5% с целью замедления сроков схватывания. Такой молотый тонкодисперсный продукт называется цементом.
При затворении цемента водой происходит взаимодействие его минералов с водой, сопровождающихся образованием новых соединений, которых не было в цементном клинкере. При этом протекают реакции гидролиза и гидратации:
2СаО · SiO2 + nH2O = 2CaO · SiO2 · nH2O;
3CaO · SiO + (n+1) H2O = Ca(OH)2 + 2CaO · SiO2 · nH2O;
3CaO · Al2O3 + 6H2O = 3CaO · Al2O3 · 6H2O;
4CaO · Al2O3 · Fe2O3 + (m+7)H2O = Ca(OH)2 + 3CaO + Al2O3 · 6H2O + Fe2O3 · mH2О.
В этом и состоит химизм твердения портландцемента. Однако, схватывание и твердение портландцемента обусловлены комплексом физико-химических процессов.
По теории А.А.Байкова процесс превращения цементного порошка при затворении его водой в цементный камень протекает в 3 стадии.
Первая стадия – затворение. При этом образуется насыщенный раствор.
Вторая стадия - стадия коллоидации. В результате взаимодействия с водой образуется гидросиликаты и гидроалюминаты кальция, обладающие малой растворимостью. Поэтому они образуют коллоидный раствор. Материал приобретает структуру геля, который еще не обладает механической прочностью, но способен сохранить форму.
Третья стадия – стадия кристаллизации. При этом наблюдается процесс перекристаллизации мелких частиц коллоидной системы в более крупные кристаллические частицы, которые, переплетаясь и срастаясь, образуют твердый материал, обладающий механической прочностью.
Наряду с кристаллизацией протекает уплотнение геля за счет связывания воды ранее непрореагированными частицами различных минералов цементного клинкера.
1.3.2. Глиноземистый цемент
Глиноземмистый цемент – быстротвердеющее, гидравлическое вяжущее, получаемое путем высокотемпературного обжига (до начала спекания, т.е. до 1600°С) смеси известняка (СаСО3) с бокситами (xAl2O3 · yH2O). Бокситы встречаются сравнительно редко и являются ценным сырьем для получения металлического алюминия. Поэтому глиноземный цемент является более дорогим строительным материалом, чем портландцемент.
Главной составной частью этого цемента является однокальциевый алюминат СаО · Al2O3. При взаимодействии с водой образуется гидрат двухкальциевого алюмината:
2(СаО · Al2O3) + 10Н2О = 2СаО · Al2O3 · 7Н2О + 2Al(OH)3.
Двухкальциевый гидроалюминат 2СаО · Al2O3 · 7Н2О – главная составляющая часть затвердевшего глиноземистого цемента. Гидратация глиноземистого цемента сопровождается выделением значительного количества тепла. Это ценно для работ при низких температурах.
В затвердеваемом цементном камне не содержится свободного Са(ОН)3 и 3СаО · Al2O3 · 6Н2О и это делает его более стойким в отношении физической и сульфатной коррозии.
Схватывание глиноземистого цемента начинается через час после затворения и длится не более 12 часов. Твердение происходит в основном в течение 1-3 дней.