Структура і властивості етрингітової фази

Abstract

В Україні алюмінатні та сульфоалюмінатні цементи не виробляються, незважаючи на досить значну потребу у в’яжучих речовинах цього класу. Використання імпортної сировини обмежене високою вартістю і недоліками, що виникають у процесі експлуатації – це швидке тужавлення, значне тепловиділення, пов’язане з нестабільною стійкістю деяких сульфоалюмінатів. При цьому можливе виділення наступних проблем у напрямку розширення можливостей використання спеціальних цементів даного типу: стабілізація в часі й умовах експлуатації гідросульфатної фази на основі глиноземистого цементу, а також для модифікації складів мінеральних в’яжучих речовин на основі двоводного сульфату кальцію (СаSO4·2H2O) та розроблення в’яжучих речовин цього класу на основі вторинних продуктів виробництва. Основним фактором є те, що під час гідратації сульфоалюмінатів і алюмінатів за присутності гіпсу (CaSO4·2H2O) утворюється гідросульфоалюмінатна фаза, що дає змогу отримати структуру цементного каменю зі спеціальними властивостями. Потім однокальцієвий гідросульфоалюмінат переходить у гідросульфоалюмінат низькосульфатної форми С3А·СaSO4·12H2O з виділенням гібситу Al2O3·3H2O. Також утворюється етрингіт С3А·СaSO4·nH2O і 2(С2S)·nH2O, може утворитися гідросилікат кальцію CSH(B). При додаванні до цементу гіпсу утворюється етрингіт у цій системі. Етрингіт – один із компонентів. Він утворюється не спочатку, а через проміжні структури. Під час реакцій гідратації етрингіт перебудовується, виникають новоутворення, які можуть викликати гіпсову корозію. Етрингіт втрачає стабільність. При цьому виникає проблема первинного та вторинного етрингіту. Первинний етрингіт – створює умови для міцності. Вторинний утворюється уже в затверділій системі і спричинює виникнення внутрішніх напружень. Утворення вторинного етрингіту може мати як позитивні, так і негативні наслідки. Мета статті – дослідити структуру і властивості етрингітової фази. Висновки. Процес гідратації залежить від поверхневої енергії Гіббса. Установлено, що поверхнева енергія збільшується при збільшенні співвідношення СаО/Al2O3. Вивчено систему впливу етрингітової фази на основні характеристики глиноземистого цементу та гіпсу в модифікованому гіпсовому в’яжучому. Проведено дослідження щодо утворення максимальної кількості етрингітової фази. Виконано розрахунок максимальної кількості співвідношення глиноземистого цементу і гіпсу для отримання максимальної кількості мінералу 70 % глиноземистого цементу та 30 % гіпсу. Найвищий ефект досягається в разі одночасного використання С6АṤ3Н32 і АН3, що має місце за гідратації С4А3Ṥ. З урахуванням вищесказаного бачиться доцільним отримання клінкеру, що містить сульфоалюмінат кальцію, і цементів на його основі. Aluminate and sulfoaluminate cements are not produced in Ukraine, despite a rather significant need for binders of this class. The use of imported raw materials is limited by the high cost and certain disadvantages occurring during exploitation including rapid hardening, significant heat generation, which is associated with instability of some sulfoaluminates. At the same time, it is possible to highlight the following problems in the direction of expanding possibilities of using special cements of this type: stabilization over time and operating conditions of the hydrosulfate phase based on alumina cement, as well as modification of the compositions of mineral binders based on calcium sulfate dihydrate (CaSO4·2H2O) and development of binders of this class based on secondary production products. The main factor is that during hydration of sulfoaluminates and aluminates in the presence of gypsum (CaSO4·2H2O), a hydrosulfoaluminate phase is formed, which makes it possible to obtain a hardened cement paste structure with special properties. Then monocalcium hydrosulfoaluminate turns into hydrosulfoaluminate of the low-sulfate form С3А·СaSO4·12H2O with the release of gibbsite Al2O3·3H2O. Also, ettringite С3А·СaSO4·nH2O and 2(С2S)·nH2O is formed and hydrated calcium silicate CSH(B) can be formed. When gypsum is added to cement, ettringite is formed in this system. Etringite is one of the components. It is not formed initially, but through intermediate structures. During hydration reactions, ettringite is rearranged, neoplasms are formed, which can lead to gypsum corrosion. Etringite loses its stability. Herewith, the problem of primary and secondary ettringite arises. Primary ettringite creates conditions for strength. Secondary ettringite is formed already in the hardened system and leads to internal stresses. Formation of secondary ettringite can have both positive and negative consequences. The purpose of the atrticle is to investigate structure and properties of the ettringite phase. Conclusions. The hydration process depends on the Gibbs surface energy. Change in surface energy depends on the CaO/Al2O3 ratio. It was established that the surface energy increases with an increase in the CaO/Al2O3 ratio. The paper has studied influence caused by the ettringite phase on the main characteristics of alumina cement and gypsum in a modified gypsum binder. Studies have been conducted on formation of the maximum amount of ettringite phase. We have calculated the maximum amount of the ratio of alumina cement and gypsum to obtain the maximum amount of mineral – 70 % alumina cement and 30 % gypsum. The highest effect is achieved during the simultaneous use of С6АṤ3Н32 and АН3, which occurs during hydration of С4А3Ṥ. Taking into account the above, it is advisable to obtain clinker containing calcium sulfoaluminate and cements based on it.