Вяжущие материалы

менее стойки в воде и разрушаются в растворах щелочей и карбонатов щелочных металлов. Они имеют высокую механическую прочность и хорошую адгезию к металлам и другим материалам.

Цемент используют для футеровки металлической и другой аппаратуры, для скрепления плиток, кирпичей, блоков и создания прочных непроницаемых швов.

Бетон представляет из себя твердое камневидное тело. Его получают из бетонной смеси, которую готовят из цемента, воды и наполнителей — гравия, щебня, кварцевого песка и т.д. Твердая фаза бетона состоит из веществ, образующихся в результате взаимодействия частичек цемента с водой, и из зерен непрореагировавшего цемента.

Основным продуктом гидратации силикатов кальция, составляющих основу цементного клинкера, являются гидросиликаты кальция, подобные тобермориту, которые с течением времени изменяют свой состав в сторону увеличения соотношения СаО к 8Ю2. Твердая фаза имеет очень развитую поверхность (порядка 200 м2/г). Удлиненная форма кристаллов и беспорядочное расположение их в пространстве приводит к образованию пор и зазоров между ними. Наличие непрореагировавших клинкерных составляющих еще больше усугубляет неоднородность структуры.

Вода является составной частью бетона. По форме связи ее с твердым скелетом различают химическую, физико-химическую и физико-механическую связанную воду. Наиболее прочной формой связи является химическая вода. Ее удаление из бетона возможно лишь при температуре выше 100 °С, т.е. при дегидратации цементного камня. Физико-химической связью обладает адсорбционная влага в порах и капиллярах, радиус которых менее 10~7см. Вода в адсорбционных слоях отличается от свободной воды по химическим и термодинамическим свойствам. Диэлектрическая постоянная адсорбционной влаги в 40 раз меньше, чем у свободной воды, а температура замерзания на несколько десятков градусов ниже. Физико-механический тип связи воды в бетоне является наименее прочным. Она может быть полностью удалена из бетона при его высыхании.

Вода в порах и капиллярах бетона насыщена ионами Са+ и ОН~, поэтому рН ее равен 12-12,7. Гидроксид кальция переходит в раствор вследствие протекания реакций гидратации клинкерных материалов.

Гидроксид кальция имеет растворимость 1,3 г/л и является одной из наиболее растворимых составных частей бетона. При эксплуатации его концентрация может снижаться, что оказывает существенное влияние как на устойчивость самого бетона, так и на стальную арматуру в случае применения железобетона.

Бетоны имеют невысокую прочность при растяжении и изгибе. Для устранения этого недостатка бетон армируют стальной арматурой (стержни или проволока). Такой материал называю железобетоном. Состояние стальной арматуры во многом определяет области применения и срок службы железобетонных конструкций. В плотном бетоне при толщине слоя 20-35 мм арматура надежно защищена, так как окружена щелочной средой с рН = 11,5-12,5. В этих условиях сталь пассивируется и находится в состоянии повышенной коррозионной устойчивости. При значениях рН ниже 11,5 действие пассивации прекращается и начинается коррозия стали. Снижение щелочности бетона происходит в результате внешнего воздействия агрессивных сред. Поэтому особое значение приобретает разработка бетонов, обладающих повышенной химической устойчивостью.

. Его используют для сооружения фундаментов, изготовления крупногабаритных изделий — башен, резервуаров, отстойников и др.

Рассмотрим в качестве примера антикоррозионную защиту грануляционной башни в производстве аммиачной селитры (рис. 8.5). Аммиачную селитру получают по реакции:

. Производство состоит из стадий: нейтрализация азотной кислоты аммиаком, упаривание растворов до плава аммиачной селитры и грануляция аммиачной селитры.

и в бетоне взаимодействуют с гидросиликатами кальция. Вследствие этого происходит разрушение составляющих цементного камня и бетон быстро теряет прочность. Кристаллизация аммиачной селитры в порах сопровождается увеличением объема и вызывает дополнительные напряжения в материале и его разрушение. С целью предохранения грануляционной башни используют бетон на низкоалюминатных цементах и заполнителях из твердых пород. Дополнительно бетон армируется стальной сеткой. На рис. 8.5 представлен пример защиты перекрытия ствола грануляционной башни. Основу перекрытия составляет железобетонная плита (9). Снизу перекрытие защищает от действия пыли аммиачной селитры, влаги и колебания температур стальное перекрытие (толщина 2 мм) из 08Х18Н10Т (//) и асбестовая прокладка (10). В верхней части перекрытия слой шлака (8) покрыт шлакобетоном (7), затем по цементной стяжке (6) положена битумная грунтовка (5), листовой полиизобутилен (4), асфальт (5) и керамическая плитка (7).

Бетоны, получаемые из обычного сырья с добавками полимерных материалов, носят название полгшербетонов. В качестве связующего могут быть использова^ны фурановые, эпоксидные, полиэфирные, акриловые и другие смолы. Такие бетоны обладают высокой плотностью, кислото- и щелочестойкостью, отличными физико-механическими свойствами. Их применяют для покрытия полов, армирования конструкций, строительства дорог.

В химической промышленности много конструкций работает при высоких температурах. Для этих условий разработан жаростойкий бетон, обладающий высокой термо- и жаростойкостью. Он отличается составом наполнителя (хромистый железняк, шамот и др.). Температура начала деформации под нагрузкой — 1000-1100°С. Такой бетон можно применять в виде отдельных блоков и изготавливать печи без металлического кожуха. Он нашел применение при изготовлении колчеданных печей в производстве серной кислоты.