Структурообразование в композициях на основе растворимых силикатов щелочных металлов

• Автор: Скорина, Таисия Викторовна
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Е СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

ЕЕ Роль ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ В СОВРЕМЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

1.2. Структура жидкого стекла

1.3. Модифицирование жидкого стекла органическими полимерами

1.4. Отверждение жидкого стекла реагентами

1.4.1. Структурообразование в системе «жидкое стекло — 1Ча281Еб»

1.4.2. Особенности коагуляции кремниевой кислоты в присутствии фторид-иона

1.5 Заполнители и наполнители жидкостекольных композиций

1.6. Влияние температурного фактора на структурообразование жидкостекольных композиций
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Характеристика сырьевых материалов
2.2. Методика приготовления образцов
2.3. Методы исследований
2.3.1. Общие методы
2.3.2. Фотоколориметрический кинетический молибдатный анализ для оценки степени полимеризации кремнекислородных анионов
2.3.3. Методика исследования кинетики процессов фазообразования вяжущей системы “жидкое стекло — 1Ча281Еб”
2.3.4. Оптический имидж-анализ поровой структуры композиционных материалов
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Состояние кремниевой кислоты в растворах силикатов щелочных металлов56
3.2. Влияние физико-химических характеристик жидкого стекла на свойства жидкостекольных композиций
3.2.1. Влияние силикатного модуля жидкого стекла на свойства и кинетические особенности химического отверждения ЖСК
3.2.2. Влияние природы катиона щелочного силиката на фазовый состав и свойства ЖСК
3.2.3. Роль плотности и содержания жидкого стекла в формировании структуры ЖСК
3.3. Влияние природы и гранулометрического состава заполнителя на эксплуатационные характеристики ЖСК
3.4. Влияние температурных условий твердения на свойства ЖСК
3.5. Модифицирование ЖСК органическими смолами
4. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Список сокращений
ДТА - дифференциально- термический анализ
ДЭС - двойной электрический слой
ЖСК - жидкостекольная композиция
КМК - кремнемолибденовая кислота
ЛРСМА - локальный рентгеноспектральный микроанализ
ММРККА - масс-молекулярное распределение кремнекислородных анионов
ПАВ - поверхностно-активное вещество
РФА - рентгенофазовый анализ
РЭМ - растровая электронная микроскопия
ТЭОС - тетроэтоксисилан
Актуальность темы

ВВЕДЕНИЕ
Традиционные композиции на основе жидкого стекла и минеральных наполнителей широко применяются в качестве теплоизоляционных, огнестойких и кислотоупорных материалов. Однако их применение в качестве конструкционных и отделочных материалов ограничено из-за ряда недостатков: невысокая механическая прочность (200 - 300 кг/см2), повышенные
водопоглощение (15 - 20 %) и пористость (до 30 %), неудовлетворительная морозостойкость (< 50 циклов). Жидкостекольные композиты (ЖСК) - это композиционный материал, механическая прочность которого определяется прочностями заполнителя, адгезионных контактов между заполнителем и связующим и самого связующего. Функцию связующего в ЖСК выполняет ксерогель кремниевой кислоты, формирующийся при химическом отверждении жидких стекол. Он представляет собой малопрочную и высокопористую коагуляционно-конденсационную структуру, что и обуславливает низкие эксплуатационные свойства ЖСК. Эффективными способами повышения этих свойств с целью расширения области применения ЖСК являются разработка способов управления микроструктурой связующего, а также оптимизация природы и гранулометрического состава наполнителя. На сегодняшний день механизмы фазо- и структурообразования при отверждении ЖСК остаются дискуссионными, не выявлены взаимосвязи между анионной структурой жидкого стекла, микроструктурой формирующегося из него связующего и конечными свойствами ЖСК.
Работа выполнена в соответствии с тематикой РХТУ им. Д. И. Менделеева, проводимой в рамках единого заказ-наряда по заданию Федерального агентства по образованию (темы № 1.2.02 и 1.2.06).

Кварцевый песок является оптимальным наполнителем для общестроительных ЖСК, поскольку сочетает в себе высокую механическую прочность, коррозионную стойкость с широкой доступностью для массового производства. Необходимо отметить, что кроме минерального состава наполнителя, так же существенное значение имеет его гранулометрический состав, средняя дисперсность, а также форма зерен. Принципы получения наиболее плотных композиций на основе ЖСК мало отличаются от таковых для обычных бетонов. В рекомендуемых составах ЖСК, как правило, присутствуют наполнители разной дисперсности, т. е. полидисперсные. Например, часто встречаются ЖСК, содержащие в качестве наполнителя две или более фракции кварца. В таких системах жесткий каркас формируется за счет крупных зерен (1 -г- 3 мм) рядового кварцевого песка, а пространство между этими зернами занимают частицы молотого кварца размером (80 -ь 100 мкм при удельной поверхности 3000см2/г и 30 -ь 40 мкм при удельной поверхности 5000 см2/г).
Тонкомолотый кварц проявляет некоторую химическую активность в сильно щелочной среде жидкого стекла. Благодаря химическому сродству геля кремнекислота к развитой поверхности молотого кварца, поверхность кварцевых частиц может являться центром для преимущественного осаждения геля. Поскольку в образующемся приповерхностном слое реализуются высокие пересыщения БіОі, на начальном этапе структурирования системы могут образовываться различные формы силикатов и гидросиликатов щелочного металла. Однако, на наш взгляд, в литературе очень мал объем данных о закономерностях химического и физико-химического взаимодействия тонкодисперсных кварцевых наполнителей со связующим. Так же мало изучено влияние средней дисперсности тонкого наполнителя на конечные свойства ЖСК. Зависимость важнейших эксплуатационных характеристик ЖСК от дисперсности связующего представляет большой практический интерес и является весьма