Композициии на основе жидкого стекла
При проектировании зданий и сооружений, эксплуатирующихся в условиях воздействия агрессивных сред, большое внимание уделяется выбору строительных материалов и изделий, которые должны быть долговечными в конкретных условиях эксплуатации. В последнее время при изготовлении материалов и конструкции для зданий с агрессивными средами как отечественными, так и зарубежными специалистами для широкого использования рекомендуется применение полимербетонов на основе различных связующих. Однако при всех достоинствах полимерные материалы по-прежнему остаются дорогими, дефицитными, обладают повышенной токсичностью, в ряде случаев не имеют необходимой сырьевой базы. Поэтому с точки зрения получения долговечных материалов, работающих в условиях воздействия агрессивных сред различной природы, перспективными являются силикатные и полимерсиликатные бетоны.
Свойства композитов на основе жидкого стекла в значительной мере зависят от вида, количества и качества составляющих, их соотношения технологии переработки и режима твердения. Критериями оценки качества композитов служат прочность, кислотонепроницаемость и кислотостойкость. Важными свойствами для оценки качества композитов являются также адгезия к каменному литью обжиговым кислотоупорам, их аутогезия, усадка жизнеспособ ность, температурные деформации и другие характеристики.
В отечественной и зарубежной практике наиболее часто применяемым отвердителем жидкого стекла является кремнефтористый натрий. Его особенность заключается в том, что он не только взаимодействует со щелочью, понижая ее содержание, но и выделяет при разложении кремнекислоту, которая заметно уплотняет твердеющую систему, понижая пористость. Оптимальная концентрация кремнефтористого натрия для получения плотных, водостойких и кислотостойких материалов составляет примерно 15% от массы жидкого стекла.
С целью оптимизации содержания кремнефтористого натрия в жидкосте кольных композициях были испытаны образцы-призмы размером 1x1x3 см. Количество отвердителя варьировалось от 15 до 20 мас. ч. на 100 мас. ч связующего. Наполнителем служил кварцевый песок с удельной поверхностью 600 см /г. Технология изготовления составов была использована следующая.
Сначала перемешивалось жидкое стекло с отвердителем, затем в получившуюся смесь добавляли наполнитель в количестве 150 мас. ч. на 100 мас. ч. вяжущего во всех составах. Зависимости изменения прочностных свойств композитов от количественного содержания отвердителя представлены на рис 5.20.
Анализируя результаты, можно сделать вывод о том, что наибольшую прочность на растяжение при изгибе и на сжатие имеют композиты с содержанием кремнефтористого натрия 18 мас. ч., а наименьшую - композиты с содержанием 16 мас. ч.
Прочность наполненных композиционных материалов на основе жидкого стекла, как и других композитор, определяется многими факторами, непосредственно прочностью связующего и наполнителя, соотношением их прочностных свойств, степенью адгезионного взаимодействия между связующим и наполнителем и т.д. Жидкое стекло обладает высокой реакционной способностью, и введение в жидкостскольную систему в значительных количествах тех или иных наполнителей почти всегда отражается на кинетике отверждения. Не так просто найти вещества, которые были бы инертны по отношению к жидкому стеклу. Поэтому рецептуру той или иной системы необходимо отрабатывать сразу по всей совокупности свойств как до отверждения, так и после него.
Проведенными исследованиями установлено влияние количественного содержания наполнителя - кварцевого песка крупностью 0,14-0,315 мм на прочностные свойства жидкостекольных композитов. Результаты испытаний образцов приведены в табл. 5.10.
Как видно из табл. 5.10, наилучшим составом является состав с содержанием наполнителя 150 мас. ч. на 100 мас. ч. жидкого стекла. Видимо, это объясняется тем, что при его увеличении до 250 мас. ч. на 100 мас. ч. вяжущего последнего не хватает на полное обволакивание всех частиц дисперсного наполнителя. Вследствие образовавшихся пор прочность материала снижается.
Долговечность микроструктуры можно повысить путем специального подбора вяжущего и наполнителей, т.е. при условии физико-химической активности наполнителя по отношению к вяжущему.
С целью определения физико-механических свойств жидкостекольных композитов на различных наполнителях были изготовлены образцы-балочки размером 1x1x3 см. В качестве наполнителей использовались порошки кварцевого песка, доломита, диатомита, пиритных огарков. Количество наполнителя принималось из условия получения равноподвижных композиций. Результаты испытаний представлены на рис. 5.21.
Анализ результатов исследований свидетельствует о том, что типом выбранного наполнителя возможно целенаправленно в широких пределах регулировать свойства жидкостекольных композитов. Наилучшими прочностными свойствами обладают композиции, наполненные порошками кварца, доломита и диатомита, а худшие показатели характерны для композитов с пиритными огарками.
Композиционные материалы на жидком стекле (силикатные системы) имеют довольно большую усадку при твердении, чего нельзя сказать о полимерсиликатных системах, усадка которых в 2-3 раза ниже, чем у первых. В связи с этим были проведены исследования, направленные на уменьшение усадочных напряжений жидкостекольных композиций при твердении.
Усадочные деформации определялись с помощью индикаторов часового типа по общепринятой методике на образцах размером 4x4x16 см, твердеющих в нормальных температурно-влажностных условиях. При этом изучено влияние вида и количества наполнителя, а также количества отвердителя. Все составы после приготовления выдерживались в формах в течение суток, затем образцы устанавливались на индикаторные стойки. Показания снимались в течение 28 суток. Кинетика изменения усадочных деформаций композитов на основе жидкого стекла при различном содержании отвердителя приведена на рис. 5.22. Из графика видно, что наименьшей усадкой характеризуется композит с содержанием отвердителя 20 мас. ч. на 100 мас. ч. жидкого стекла. При уменьшении количества отвердителя усадка жидкостекольных композитов увеличивается. Видимо, это объясняется тем, что при малом содержании кремиефтористого натрия вяжущее - жидкое стекло - в композите находится в избытке. Вследствие этого при твердении некоторое количество жидкого стекла остается в несвязанном состоянии и в дальнейшем (уже после окончательного затвердевания композиции) в жидкостекольном составе остаются поры от высыхания воды. Из-за увеличивающейся пористости увеличивается и усадка.
Из графика видно, что наименьшую усадку испытывает композит с содержанием наполнителя 150 мас. ч. на 100 мас. ч. жидкого стекла и 20 мас. ч. кремнефтористого натрия. При уменьшении количества наполнителя усадка жидкостекольных композитов увеличивается. Вероятно, это объясняется тем, что при обволакивании жидким стеклом частиц наполнителя вследствие малого содержания последнего вокруг каждой частицы образуется пленка вяжущего слишком большой толщины, в результате при окончательном затвердевании некоторое количество жидкого стекла оказывается в несвязанном состоянии. В дальнейшем в жидкостекольном составе появляются поры от испаряющейся воды. Из-за увеличивающейся пористости растет и усадка. При увеличении же содержания наполнителя до 200 мас. ч. и выше на 100 мас. ч. вяжущего, наоборот, последнего не хватает на полное обволакивание частиц наполнителя. Из-за этого, а также из-за большой его суммарной поверхности не все частицы кварцевого песка оказываются покрытыми жидкий стеклом (или все покрыты, но тонкой пленкой). Структура композита становится уплотненной еще на начальной стадии твердения. Поэтому в высоконаполненных составах не наблюдается большой усадки.
Одной из предпосылок надежной работы конструкций из полимерсиликатного бетона, особенно наливных сооружений, является его плотность и непроницаемость. С этой целью в состав композитов на жидком стекле вводят модифицирующие добавки различной природы. В качестве перспективной модифицирующей добавки для создания кислотоупорных композиционных материалов на жидком стекле предложены технические лигносульфонаты, введением низкомолекулярного полиэтилена, фурфурилового спирта и кремнефтористого натрия в полимерсиликатную композицию можно повысить плотность последней; комплексная добавка, состоящая из мочевиноформальдегидной смолы, необожженной и обожженной гидратированной слюды, окиси цинка и дициандиамида, позволяет повысить огнестойкость жидкостекольных композиций; увеличить долговечность композиций для изготовления теплоизоляционных покрытий можно введением в последнюю комплексной добавки, включающей жидкое стекло, асбест и кварцевый песок.
