Особенности твердения ангидрита в присутствии извести и асбеста

Материалы на основе ангидрита имеют многолетний опыт применения в строительстве, причем в последнее время актуальность их использования возрастает. Однако гидратация ангидрита в технически реальные сроки протекает только при использовании технологических приемов, способствующих нарушению координации ионов кальция в кристаллической решетке ангидрита.

Одним из таких приемов является механоактивация, которая обеспечивается при его измельчении в центробежно-ударных мельницах НПА «Урал-Центр» [1].

Согласно [2] на поверхности природного ангидрита преобладают кислотные активные центры, что предопределяет целесообразность использования в качестве химических активаторов щелочные добавки, из которых наиболее эффективны имеющие общий с ангидритом ион Са2+, т. е. известь, силикаты и алюминаты кальция.

В данной работе в качестве вяжущего использовался природный ангидрит Порецкого месторождения (Чувашия) с содержанием сульфата кальция 85,47 %, а в качестве щелочного активатора твердения применялась тонкодисперсная воздушная известь, дозировка которой изменялась от 1 до 5 % (от массы ангидрита). Добавка извести создает в вяжущей дисперсии щелочную среду - увеличение дозировки извести с 1 до 5 %, как показали проведенные исследования, способствует повышению pH водной вытяжки с 12,7 до 13,1, что способствует усилению гидролиза сульфата кальция, т. е. разрыву связи Ca-SO4. Разрыв связи облегчается также за счет воздействия на нее имеющихся в системе свободных носителей заряда. Выполненное электрофизическое исследование процесса твердения ангидритового вяжущего подтвердило увеличение числа свободных носителей заряда при повышении дозировки извести, что отражается в росте амплитуды электрического сигнала (рис. 1) и закономерно приводит к повышению прочности ангидритового камня в возрасте 28 суток (рис. 2).

Рост числа носителей заряда в вяжущей системе связан не только с растворением активатора, но и с диссоциативной адсорбцией молекул воды на активных центрах твердой фазы, что способствует ускорению процесса твердения ангидрита (см. рис. 1).

К технологическим приемам, способствующим ускорению твердения ангидритового вяжущего, относится использование минеральных добавок, исполняющих роль центров кристаллизации, причем именно поверхностные дефекты являются центрами кристаллизации новой фазы [2, 3]. Следовательно, минеральные добавки для ангидритового вяжущего должны обладать высокой удельной поверхностью с большой концентрацией положительно заряженных активных центров. Этим условиям отвечает коротковолокнистый асбест, который обладает высоким электрокинетиче-ским потенциалом и большой удельной поверхностью (20 м2/г). При контакте с раствором извести электрокинетический потенциал асбеста возрастает в 3 раза, что должно способствовать усилению его взаимодействия с ангидритовым вяжущим и повышению прочности камня. В исследуемую вяжущую дисперсию вводился коротковолокнистый асбест Баженовского месторождения (Урал) в количестве 10 и 30% (по объему). Как и следовало ожидать, введение асбеста привело к повышению прочности ангидритового камня на 57 % в 28-суточ-

ТруниловаД.С., Гаркави М.С., Шлен кина С. С.

Особенности твердения ангидрита в присутствии извести и асбеста

Рис. 2. Влияние дозировки активатора на прочность ангидритового камня

Рис. 1. Кинетика изменения электрического сигнала при твердении ангидритового вяжущего

ном возрасте. Прирост прочности ангидритового камня связан с увеличением плотности нарастания кристаллов новообразованного дигидрата на минеральной подложке из коротковолокнистого асбеста (рис. 3).

Рис. 3. Микроструктура ангидритового камня с добавкой 30 % асбеста

Армирующим действием асбеста можно пренебречь в связи с малой длиной используемого волокна: длина 4...6 мм, диаметр 26,2 нм. При использовании таких волокон асбеста может иметь место наноструктурирование граничных слоев образующегося дигидрата, что способствует повышению прочности ангидритового камня. Анало гичный эффект имеет место при введении в ангидритовое вяжущее углеродных нанотрубок [4], а асбест представляет собой совокупность природных нанотрубок.

Таким образом, проведенные исследования показали, что при активации природного ангидрита известью за счет ее электрохимического взаимодействия с поверхностью вяжущего достигается ускорение процесса твердения. Введение в ангидритовое вяжущее в качестве минерального наполнителя коротковолокнистого асбеста способствует уплотнению структуры искусственного камня и повышению его прочности.