Стекло в цементном бетоне

Стекло в цементном бетоне
Это сообщение было отмечено как "Полезное"
На форуме попадались упоминания о добавке молотого секлянного боя в бетон (вроде речь шла о пенобетоне), тему не нашел, но точно помню, что была.
Прочитал статью о стеклянном заполнителе в цементных бетонах, возникли вопросы. Сначала пару выдержек:

Так исследования проводились в Колумбийском университете (США) профессором С. Мейером [5]. Выявлено, что добавление стекла в композицию в большинстве случаев приводит к протеканию процесса щелочносиликатного взаимодействия и снижению прочности.

В результате щелочносиликатной реакции образуется гель, который разбухает в присутствии влаги, приводя к образованию трещин и разрушению бетона. Данная реакция может протекать и в обычном бетоне, если наполнитель природного происхождения содержит реакционоспособный (обычно аморфный) оксид кремния.

Зависимость прочности при сжатии от времени выдержки бетонов позволили выявить аномально высокое значение прочности для образцов бесщелочных бетонов при использовании наполнителей как минимальной (прим.: 50мкм), так и максимальной исследованной фракции. Причем прочность получаемых бетонов значительно превосходит прочность бетонов без стеклянного заполнителя. Это особенность позволяет предположить существенное влияние размера фракции наполнителя на прочность получаемых бетонов.

В рамках поставленной задачи можно сделать следующие выводы. Недопустимо использование стеклобоя естественного или смешанного фракционного состава непосредственно в качестве заполнителя в бетоне из-за неизбежности протекания процесса щелочносиликатного взаимодействия. Возможными путями подавления этого процесса может быть как модификация стекла, заключающаяся в термообработке крупных фракций совместно с активатором кристаллизации, так и добавки в бетон высокодисперсного аморфного оксида кремния различного происхождения. Мелкие фракции стеклобоя целесообразно перерабатывать в гранулированное пеностекло. Использование последнего как заполнителя в бетонах не обнаружило щелочносиликатной реакции, что может быть связано со спецификой технологии получения материала.

Т.е. возможно в ячеистых щелочесиликатная реакция особо и не скажется, ибо есть куда расширяться, то в плотных бетонах его использовать нужно по меньшей мере аккуратно. А как поведет себя стекло в тяжелом бетоне на ШПЦ? там ведь существенно более кислая среда?
Была ли полезна информация?
Подскажите плз, люди добрые, что есть кремнегель и растворимая (или растворенная?) SiO2? Это одно и то же или нет? А лучше скажите в какую книжку нос сунуть? Не представляю даже с чего поиск начать :(
Спасибо.
Была ли полезна информация?
Уважаемый Хидеоши, есть такой автор Айлер "Химия кремнезема" - кажись так называется.
Была ли полезна информация?
Спасибо, скачал, аж 2 части книги! :shock: Теперь, повидимому, обчитаюсь :cry:
Была ли полезна информация?
Я Вас понимаю! :( Да тяжко читать монографии, но надо тешить себя мыслью "все данные абсолютно бесспорны". :) Удачи! А на счет "щелочной" корозии бетона вопрос пока остается открытым - англичане решая проблему утилизации стеклобоя закладывали образцы на 5 лет хранения! (были и отрицательные результаты - образование трещин).
Была ли полезна информация?
Голова опухла от монографий :( немного разобрался с образованием геля кремнекислоты, но совершенно непонятно при каких условиях происходит его кристаллизация! Какие процессы сопровождают и что это за кристаллы такие образуются, с какими параметрами/характеристиками :? Жуть!
Была ли полезна информация?
Уважаемый Хидеоши, попробую вам помоч (по мере возможности):

Цитата
Хидеоши пишет:
Т.е. возможно в ячеистых щелочесиликатная реакция особо и не скажется, ибо есть куда расширяться, то в плотных бетонах его использовать нужно по меньшей мере аккуратно. А как поведет себя стекло в тяжелом бетоне на ШПЦ? там ведь существенно более кислая среда?
Прежде всего, что в ОПЦ, что в ШПЦ среда щелочная (она в принцепе не может быть кислой). :wink:
Кстати гранулированный доменный шлак по своей природе на 80-90% стеклофаза (это вам просто для размышления).
Цитата
Хидеоши пишет:
Подскажите плз, люди добрые, что есть кремнегель и растворимая (или растворенная?) SiO2? Это одно и то же или нет? ...
.
И да и нет, попробую обьяснить на "пальцах" :)
кремнегель - это гель кремневой кислоты H4SiO4 или Si(OH)4 как вам будет угодно;
растворимая (или растворенная? :? ) SiO2 - это и кремнегели и кремнезоли, и другие аморфные кремнеземы типа "аэросила", "бутосила", к ним же относится и микрокремнезем ("белая сажа"), но все это достаточно условно. :)
Была ли полезна информация?
Цитата
Alchemi пишет:
Уважаемый Хидеоши, попробую вам помоч (по мере возможности):

Цитата
Хидеоши пишет:
Т.е. возможно в ячеистых щелочесиликатная реакция особо и не скажется, ибо есть куда расширяться, то в плотных бетонах его использовать нужно по меньшей мере аккуратно. А как поведет себя стекло в тяжелом бетоне на ШПЦ? там ведь существенно более кислая среда?
Прежде всего, что в ОПЦ, что в ШПЦ среда щелочная (она в принцепе не может быть кислой). :wink:
Кстати гранулированный доменный шлак по своей природе на 80-90% стеклофаза (это вам просто для размышления).
Цитата
Хидеоши пишет:
Подскажите плз, люди добрые, что есть кремнегель и растворимая (или растворенная?) SiO2? Это одно и то же или нет? ...
.
И да и нет, попробую обьяснить на "пальцах" :)
кремнегель - это гель кремневой кислоты H4SiO4 или Si(OH)4 как вам будет угодно;
растворимая (или растворенная? :? ) SiO2 - это и кремнегели и кремнезоли, и другие аморфные кремнеземы типа "аэросила", "бутосила", к ним же относится и микрокремнезем ("белая сажа"), но все это достаточно условно. :)
Говоря о ШПЦ я назвал "более кислой" средой меньший уровень рН... но это не существенно, я понял по этому вопросу :)
Стеклофазой по сути являются большинство осадочных пород вулканического происхождения, так? И аморфный кремнезем за милу душу растворяется в щелочах, будь то шлак с каустической содой, или трепел с жидким стеклом, все равно получается в конечном итоге кремнегель, это я из книг усвоил. По сути он и является тем самым шлако-щелочным вяжущим. Чего я не понял - так это условий кристаллизации кремнегеля. Когда она начинается? Понятно, что начало на центрах возникает - кристаллический SiO2, а в каких условиях? Температура? Или катализатор? и что вообще означает кристаллизация? Только перестраиваются молекулы Si(OH)4 или какое-то новое вещество в результате образуется-? Можно еще какую-нибудь ссылку на более понятную книжку? :roll:
С уважением, Константин.
Была ли полезна информация?
Уважаемый Константин!
Если объяснять очень грубо, то все вещества могут быть получены либо в кристаллическом либо в аморфном виде. Т.е. SiO2 присутствует в природе в виде песка (кристаллическое состояние) либо в виде аморфных кремнеземов (трепел, опока). Если исходить из того, что известные месторождения этих продуктов (трепел, опока) сформировались достаточно давно и эти аморфные соединения кремнезема до сих пор не закристаллизовались, то процесс кристаллизации кремнезема очень длителен. Именно поэтому кремнезем используется как основной стеклообразующий компонент при производстве стекла.
Кристаллический SiO2 (песок) это продукт выветривания горных пород, где он образовался кристаллизацией из расплава, который очень медленно охлаждался.
Безусловно, существуют специальные технологии получения монокристаллов, используя которые возможно получение хорошо закристаллизованного кремнезема, но это другая область деятельности.
Продукты, которые образуются при гидратации шлака в шлакощелочных вяжущих это натриевые или калиевые гидроалюмосиликаты. В портландцементе это кальциевые гидросиликаты и гидроалюминаты. Но это соли кремниевой кислоты. При твердении в нормальных условиях они образуют аморфные или слабо закристаллизованные структуры, при пропаривании или автоклавировании образуются кристаллические соединения, которые могут быть четко идентифицированы рентгенофазовым анализом.
Но Вы начинали с другой темы, а именно «Стекло в цементном бетоне».
Работы по этому направлению проводились с 1980 года в Союзе, но идея была несколько другой. Стеклянные стержни использовали в качестве армирующего компонента, в том числе и для армирования ячеистого автоклавного бетона.
При использовании стеклянных стержней в композиции с портландцементом получали предел прочности при изгибе до 600 кг/см2. При этом никаких признаков внутренней коррозии не наблюдалось, хотя длительность эксперимента превышала 10 лет, а качестве стержне были использованы, в том числе, и стержни изготовленные из стекла состава силикат глыбы, это исходное сырье для производства жидкого стекла.
Внутренняя коррозия – это результат взаимодействия щелочей цемента и реакционноспособного заполнителя, т.е. для ее реализации необходимо наличие в составе портландцемента значимого количества щелочей. А большое количество щелочей характерно для цементов, которые производятся по сухому способу.
С уважением, В. Глуховский.
Была ли полезна информация?
Я тему несколько "узко" назвал, просто в статье речь шла о стекле, логичнее было бы назвать не стекло, а "аморфный кремнезем" или что-то вроде того.
Относительно стекла как арматуры - мне кажется это было частично окристаллизованное стекло, поэтому оно и было нереакционноспособно в щелочной среде цементного бетона. Ведь растворяется же стеклосетка, набухает стеклянный заполнитель, не даром ведь используют безумно дорогую щелочестойкую стеклофибру? Насколько мне известно стекло, в том числе и растворимое, получают не из аморфного кремнезема, а кристаллического кварцевого песка, при этом добавки типа поташа лишь упрощают технологию варки, разве нет?
Была ли полезна информация?
Уважаемый Константин!
Не обижайтесь, но Вам действительно, кажется!
Я Вам рассказал именно о стекле «в качестве армирующего компонента», хотя в указанных выше работах использовали и закристаллизованное «стекло» - ситалл. В результате указанных работ было установлено, что прочность композиции увеличивается с увеличением реакционной способности используемого стекла, которая в свою очередь определялась его гидролитическим классом.
Стеклянное волокно в среде твердеющего портландцемента не растворяется, снижается его прочность до уровня прочности «массивного» стекла. Посмотрите работы А.А.Гриффитса – теория прочности хрупких материалов.
А стекло получают из кристаллического кремнезема через расплав, который быстро охлаждают и, тем самым, фиксируют аморфное состояние. Если расплав охлаждать медленно, то он закристаллизуется. Если в состав стекла при варке ввести затравки, получить стекло быстрым охлаждением, а затем снова нагреть, можно получить ситалл – закристаллизованное «стекло».
В цитируемой Вами статье речь идет о «внутренней коррозии» (по С.Н.Алексееву и др. «Долговечность железобетона в агрессивных средах», стр. 9), причиной которой является «взаимодействие щелочей цемента и реакционноспособного заполнителя». Этот вид коррозии для наших цементов, которые в большинстве случаев производятся по мокрому способу, не характерен, поскольку этих щелочей в портландцементах менее 0,6%.
С уважением, В. Глуховский.
Была ли полезна информация?
Гриффитса не нашел, но его теорию в изложении Дж. Гордона скачал, в целом понятно, почему прочность стеклянных нитей снижается до уровня массивного образца. Спасибо за интересные сведения!
Однако хотелось бы вернуться так сказать к началу, но теперь в более абстрактном наверное смысле. Предлагаю считать выщелачивание аморфного кремнезема в цементном растворе возможным, ну допустим в связи с введением щелочи (в производстве газобетона применяют же каустическую соду), значит образование кремнегеля так же вероятно. Сейчас меня это больше волнует, если позволите :) причем именно механизмы, а не успокаивающие утверждения "нормально все, не порвет бетон", я и так не добавляю ничего, нет у нас вулканических стекол:) Он обладает-таки описанными в статье свойствами расширяться? Как вообще можно понять механизм "впитывая влагу гель кремнекислоты набухает" - этот момет уж больно топорно там описан. Кислоты обычно не впитывают воду, а образуют растворы, это я из школьного курса химии помню. Так же помню, что при кристаллизации жидкости сжимаются (вода исключение). Следовательно, если заставить гель кристаллизоваться, его объем уменьшится. А возможно и за счет монолитизации увеличит прочность? Верно рассуждаю?
Была ли полезна информация?
Уважаемый Константин!
Гель это одна из двух разновидностей коллоидно-дисперсных систем, которые, в свою очередь, отличаются от молекулярно-дисперсных систем (истинных растворов) размером частиц. Гель, по определению, это желатинообразная студенистая масса. Если это гидрогель, то при удалении из него воды, его объем будет уменьшаться, при добавлении воды, объем будет увеличиваться, т.е. гель будет набухать. При этом, являясь раствором, гель будет иметь аморфную структуру, в нем будет отсутствовать дальний порядок расположения частиц.
Если Вы хотите получить твердое тело (кристалл) из истинного раствора Вы медленно удаляете растворитель и повышаете концентрацию. При этом подвижные частицы раствора успевают перестроиться и образовать кристаллическую структуру, которая будет характеризоваться минимумом внутренней энергии. И все будет зависеть от того, сколько времени Вы дадите этим частицам для формирования структуры. При относительно быстром удалении растворителя можно получить мелкокристаллическую структуру, при медленном – монокристалл.
Кстати, с металлами так же, поскольку существуют металлические стекла.
В «желатинообразной студенистой массе» (в геле) подвижность частиц меньше, частицы крупнее, поэтому процесс перестройки или упорядочения структуры затруднен. А частицы кремниевой кислоты вообще слабо подвижны, что в растворе, что в расплаве. В связи с чем получить кристаллическую структуру из геля кремнекислоты практически невозможно, хотя теоретически это можно реализовать при очень медленном удалении растворителя из сильно разбавленного раствора.
Если все это продолжить дальше, в отношении процессов структурообразования в системах неорганических вяжущих, для которых первичной стадией является процесс гидратации, он же процесс диспергирования, то можно сделать вывод, что для того, чтобы получить в результате взаимодействия с водой твердое тело необходимо уравновесить скорость процесса диспергирования и скорость процесса коагуляции или кристаллизации.
Идеальная система – гипсовое вяжущее. С известью хуже, она очень быстро гидратируется и не успевает закристаллизоваться. Хотя известно, что «…комплексные добавки, обладающие полифункциональным действием, позволяют так же снизить скорость тепловыделения и обеспечивают достаточно высокую прочность известкового камня (30 – 50 МПа)…».
«Следовательно, с кристаллохимических позиций процесс производства портландцементного клинкера можно рассматривать как принудительное замедление химической активности оксида кальция ионами Si4+, Al3+, Fe3+».
В. Глуховский.
Была ли полезна информация?
Уважаемый Константин!
Стекло и аморфный кремнезем (кремнегель) - это совсем не одно и тоже.
Была ли полезна информация?
Цитата
Alchemi пишет:
Уважаемый Константин!
Стекло и аморфный кремнезем (кремнегель) - это совсем не одно и тоже.
Конечно нет, но в присутствии щелочи стекло является "поставщиком" его вроде... пока что я запутался основательно, читаю вумуную книжку про растворимое натриевое стекло, жду просветления в мозгах:) спасибо за помощь:)
Цитата
В.В.Глуховский пишет:
Уважаемый Константин!
Гель это одна из двух разновидностей коллоидно-дисперсных систем, которые, в свою очередь, отличаются от молекулярно-дисперсных систем (истинных растворов) размером частиц. Гель, по определению, это желатинообразная студенистая масса. Если это гидрогель, то при удалении из него воды, его объем будет уменьшаться, при добавлении воды, объем будет увеличиваться, т.е. гель будет набухать. При этом, являясь раствором, гель будет иметь аморфную структуру, в нем будет отсутствовать дальний порядок расположения частиц.
С этим вопросом тоже прояснилось, спасибо! Надеюсь вернуться к гелям и золям после приведения новой информации к какому-то логическому порядку.
Была ли полезна информация?
Здравствуйте! Начал интересоваться применимостью гранулированного пеностекла (аморфная стеклофаза на поверхности) в цементном бетоне. Необходимо провести количественный анализ коррозионного расширения полученных нами образцов. В заголовке фигурирует статья ученых из Перми, как раз по бетонам на основе пеностекла. Опытное исследование своих образцов они проводят по Американскому Стандарту по исследованию Строительных Материалов ASTM C 1293-01. В связи с этим возникают вопросы.

Существует ли отечественная методология по анализу Щелочно-Силикатного Взаимодействия?

Насколько мне удалось на данный момент найти, этот заграничный стандарт предусматривает несколько видов испытаний, от 2х недель до 2х месяцев, также температурный режим (в среднем около 80 С) и размеры образцов могут отличаться. Существует ли наиболее точная методология, обеспечивающая наиболее достоверные результаты?

По данным литературы, что при содержании щелочей меньше 0,6% от массы бетона возрастает вероятность того, что реакция не будет протекать. Можно ли предположить , что при понижении PH поровой воды бетона реакция также пойдет на спад?

Спасибо!
Была ли полезна информация?
само собой, что во Владимире стекло исторически дешевое)))
В других регионах России пеностекло - весьма дорогой и энергозатратный материал и только по этому не получает распространения.
Была ли полезна информация?
Можно ли говорить, что при использовании в цементном бетоне заполнителей на основе натрий-кальциевого стекла, щелочно-силикатные взаимодействия будут протекать по следующей химической формуле:

2 NaOH + SiO2 + H20 --> Na2O * SiO2 * nH20 (гель силиката щелочного металла)

[ Гидроксильные группы щелочных металлов, растворенных в поровой жидкости бетона, взаимодействуют с реакционным SiO2 , и в присутствии воды полученные новообразования расширяются].
Была ли полезна информация?
Читают тему (гостей: 1)