Тейлор Х. Химия цемента

Перевод с англ. — М.: Мир, 1996. — 560 с.: ил.В книге Х. Тейлора, виднейшего специалиста в области химии вяжущих материалов, рассмотрены строение и свойства важнейших соединений, которые образуются при получении и гидратации цементов, системы на основе силикатов и алюминатов кальция, а также химические процессы синтеза минералов цемента. Описаны физико-химические основы создания специальных цементов, процессы коррозии и долговечность цементного камня.
Книга может быть рекомендована как справочное и учебное пособие студентам химико-технологических вузов, а также будет полезна аспирантам, научным сотрудникам и инженерам-технологам.Портландцемент и его главные фазы
Введение
Портландцемент: основные положения
Типы портландцемента
Химическая номенклатура цементов и сокращения
Алит
Полиморфизм и кристаллическая структура
Твердые растворы трехкальциевого силиката
Составы алитов в клинкерах
Полиморфные модификации алитов в клинкерах
Порошковые рентгенограммы и плотности трехкальциевого силиката и алитов
Оптические, термические и другие данные
Белит
Полиморфизм и кристаллическая структура
Пластическая структура клинкерных белитов
Полиморфные разновидности белитов в клинкерах
Составы белитов в клинкерах
Параметры ячейки, порошковые рентгенограммы и другие данные
Алюминатная фаза
Кристаллическая решетка: кубическая, орторомбическая и моноклинная формы
Другие разновидности
Структурные разновидности алюминатной фазы в клинкерах
Составы алюминатной фазы клинкеров
Рентгеновские данные, плотности и оптические свойства
Ферритная фаза
Кристаллическая структура Са₂(Al_xFe_1-x)₂O₅
Составы ферритных фаз в клинкерах
Кристаллографические данные и порошковые рентгенограммы ферритной фазы, содержащей инородные ионы
Оптические, магнитные и другие свойства
Высокотемпературная химия
Ведение
Системы, содержащие СаО, SiO₂ или с Аl₂O₃ или с тем и другим вместе
Система СаО-SiO₂
Система СаО-Аl₂O₃
С₁₂А₇ и производные структуры
С₅А₃, С₂А и С₄А₃
Система СаО-SiO₂-Аl₂O₃
Образование клинкера в системе СаО-Аl₂O₃-SiO₂
Системы, содержащие Fе₂О₃
Система СаО-Аl₂O₃-Fе₂О₃
Система СаО-Аl₂O₃-Fе₂О₃-SiO₂
Образование клинкера в системе СаО-Аl₂O₃-Fе₂О₃-SiO₂
Системы, содержащие МgО и FеО
Основные положения
Влияние МgО на равновесия в системе СаО-Аl₂O₃-Fе₂О₃-SiO₂
Фазы, структурно родственные гелениту
Системы, содержащие щелочи, или SO₃ или и то и другое вместе
Фазы
Равновесия
Системы с другими компонентами
Фториды и фторсиликаты
Карбонаты
Лабораторные синтезы высокомолекулярных фаз
Химия производства портландцемента
Общие положения
Краткая характеристика реакций образования клинкера
Коэффициент насыщения, силикатный и алюминатный модули
Расчеты по Боггу
Изменения энтальпии при образовании клинкера
Сырьевые материалы и производственные процессы
Сырьевые материалы и топливо
Сухой и мокрый процессы; энергетические потребности
Сухой способ; подогреватели и декальцинаторы суспензий
Вращающаяся печь
Циркуляция летучих веществ; пыление; охлаждение клинкера
Другие процессы получения клинкера; помол клинкера
Реакции при температурах ниже 1300 градусов по Цельсию
Разложение карбонатных минералов
Распад глинистых минералов и образование продуктов
Отбор образцов из цементных печей и выходного отверстия подогревателя
Механизм реакций
Конденсация и реакция летучих компонентов
Реакции при температурах 1300-1450 градусов по Цельсию
Количество образующейся жидкости
Обжигаемость сырьевой смеси
Образование гранул
Образование и рекристаллизация алита
Испарение летучих компонентов; полиморфные превращения; восстановительные условия
Реакции при охлаждении, помоле и хранении
Затвердевание клинкерной жидкости; данные из чистых систем
Портландцементный клинкер содержит стекло или С₁₂А₇?
Данные рентгеновского микроанализа
Влияние скорости охлаждения на алюминатную и ферритную фазы
Другие возможности влияния скорости охлаждения
Кристаллизация сульфатных фаз
Изменение при помоле и хранении
Влияние второстепенных компонентов
Основные положения
Влияние s-элементов
Влияние p- и d-элементов
Свойства портландского клинкера и цемента
Макроскопические свойства и свойства поверхности
Неразмолотый клинкер
Распределение частиц по размерам в размолотом клинкере и в цементе
Определение удельной поверхности
Распределение частиц по размерам, фазовый состав и свойства цемента
Химический анализ
Световая микроскопия
Основные положения
Влияние валового состава, приготовления сырьевой смеси и отложения золы
Влияние условий обжига и скорости охлаждения
Применение световой микроскопии в исследованиях
Сканирующая электронная микроскопия, рентгеновский и другие методы
Сканирующая электронная микроскопия
Рентгеновская дифракция
Химические и физические методы разделения фаз
Другие методы
Количественный фазовый состав
Основные положения
Расчет количественного фазового состава по данным валового химического анализа
Определение сульфатных фаз
Определение главных фаз
Ограничения и вариации способов расчета состава фаз
Сравнение результатов, полученных различными методами
Реакционная способность клинкерных фаз
Влияние значительных вариаций состава
Влияние ионных замещений, дефектов структуры и полиморфизма
Гидратация кальциево-силикатных фаз
Введение
Определения и общие положения
Обсуждение экспериментальных данных
Гидроксид кальция
Составы паст С₃S и в-С₂S
Содержание гидроксида кальция, термический анализ и косвенное определение отношения Са/Si в С-S-Н
Содержание воды в С-S-Н
Рентгеновский микроанализ и аналитическая электронная микроскопия
Структурные данные для паст С₃S и в-С₂S
Микроструктура
Структура силикатного аниона
Рентгенограммы, плотности и другие данные
Структурные модели геля С-S-Н
Общая характеристика
1,4-нм тоберморит и женнит
С-S-Н (I) и подобные материалы
Продукты, образованные в суспензиях С₃S и в-С₂S[/b]
Структурные взаимосвязи
Смешанная модель тоберморито-женнитового типа для геля С-S-Н
Равновесия
Соотношения растворимости
Разновидности частиц в растворе
Термохимия и термодинамика
Влияние щелочных элементов
Кинетика и механизмы реакций
С₃S: экспериментальные данные
С₃S: начальная стадия реакции
С₃S: индукционный период
Главная реакция (С₃S и в-С₂S)
Ранняя стадия гидратации в-С₂S
Гидратированные алюминатные, ферритные и сульфатные фазы[/i]
Фазы АFm
Принципы формирования физического состава и структуры
Фазы С₄АН_х, С₄АС_0,5Н_х и С₄АСН_х
Фазы С₄АSН_х
Другие фазы АFm, содержащие алюминий
АFm-фазы, содержащие железо
Порошковые рентгенограммы, термическое поведение, оптические свойства и ИК-спектры фаз
Фазы Aft
Составы и кристаллические структуры
Свойства
Другие гидратированные фазы
Гидрогранатовые фазы
САН₁₀
Брусит, гидротальцит и родственные фазы
Сульфатные фазы
Равновесия и методы получения образцов
Системы СаSО₄ - Н₂О, СаSО₄ - Са(ОН)₂ - Н₂О и СаSО₄ - К₂SО₄ - Н₂О
Системы СаО - Аl₂О₃ - Н₂О, СаО -Аl₂О₃-SiО₂ - Н₂О и СаО - А_l2О₃ -SО₃-Н₂О
Методы получения образцов
Реакции гидратации алюминатных и ферритных фаз
Реакция С₃А с водой или с водой и гидроксидом кальция
Реакция С₃А с водой в присутствии сульфата кальция
Реакция с водой ферритной фазы
Изменение энтальпии
Гидратация портландцемента
Общие сведения о процессах и продуктах гидратации
Данные метода рентгеновской дифракции
Данные дифференциально термического анализа и
ИК-спектроскопии
Данные оптической и электронной микроскопии
Аналитические данные для цементного камня
Определение непрореагировавших клинкерных фаз
Неиспаряемая и связанная вода
Термогравиметрия и определение гидроксида кальция
Определение гидроалюминатов и гидросиликатов
Анализ индивидуальных фаз
Структура силикатных анионов
Интерпретация аналитических данных
Природа каменного геля
Fe₂O₃, SO₃ и оксидные микрокомпоненты в цементном геле
Стехиометрия реакций гидратации цемента
Развитие микроструктуры
Ранний период гидратации
Средний период гидратации
Поздний период гидратации
Калориметрия, поровые растворы и энергетика
Ранний и средний периоды
Поровые растворы после первого дня гидратации
Энергетика гидратации цемента
Влияние сульфата кальция и щелочей
Схватывание
Оптимальное количество гипса
Влияние щелочных элементов
Кинетика и моделирование процесса гидратации
Кинетика: экспериментальные данные
Интерпретация кинетических данных
Математическое моделирование процесса гидратации
Структура и свойства свежего и затвердевшего портландцементного теста
Свежее тесто
Удобоукладываемость
Реология
Модели структуры свежего теста
Затвердевшее тесто: модели структуры
Модель Пауэрса-Брауьярда
Минимальное отношение вода/цемента для полной гидратации; химическая усадка
Вычисление объемных характеристик
Последние модели структуры затвердевшего теста
Поровая структура
Расчетная пористость
Экспериментальные методы: основные положения
Определение пористости пикнометрическим методом
Изотермы сорбции: удельная поверхность
Поровое распределение
Ртутная порозометрия
Другие методы
Прочность
Эмпирические зависимости между прочностью на сжатие и пористостью
Взаимосвязь между прочностью и микроструктурой или распределением пор
Механизмы разрушения
Деформации
Модуль упругости
Сухая усадка
Ползучесть
Проницаемость и диффузия
Водопроницаемость
Ионная и газовая диффузия
Композиционные цементы
Введение
Доменный шлак
Образование, обработка и использование в композиционных цементах
Факторы, влияющие на пригодность шлака для использования в композиционном цементе
Рентгенография и микроструктура шлаков
внутренняя структура шлаковых стекол
Химия гидратации шлаковых цементов
Рентгеноскопический микроанализ
Стехиометрия гидратации шлаковых цементов
Активация шлаковых стекол
Сверхсульфатированные цементы
Пульверизованная зола тольпина (зола уноса), бедная СаО
Свойства
Факторы, определяющие пригодность золы уноса для композиционных цементов
Скорость расходования клинкерных фаз и золы уноса и содержание гидроксида кальция
Микроструктура и состав продуктов гидратации
Природа пуццолановых реакций
Стехиометрия гидратации золоцементов
Природные пуццоланы
Свойства
Реакции гидратации
Микрокремнезем
Свойства
Реакции гидратации
Другие минеральные добавки
Зола уноса класса С
Другие пуццоланические или гидравлические добавки
Карбонат кальция и другие наполнители
Поровая структура и ее взаимосвязь с физическими свойствами цементного камня
Пористости и распределение пор по размерам
Взаимосвязь между поровой структурой и физическими свойствами
Алюминатные, расширяющиеся и другие цементы
Алюминатные цементы
Введение
Производство; химический и минералогический состав
Реакционная способность фаз и методы изучения их гидратации
Реакции и продукты гидратации
Термодинамические расчеты
Сроки схватывания; перемешивание и укладка
Развитие микроструктуры
Твердение; влияние перекристаллизации
Химические добавки
Смеси с кальцитом, шлаком, гипсом или портландцементом
Реакции алюминатных бетонов с внешними агентами
Жаростойкие огнеупоры
Расширяющиеся цементы
Общие понятия
Виды расширяющих цементов
Механизм расширения цементов типа К
Другие цементы
Сверхбыстро твердеющие цементы
Малоэнергоемкие цементы
Алитовые цементы
Добавки и специальные использования цементов
Введение
Органические замедлители и ускорители
Замедлители
Механизмы замедления
Замедлители, применяемые на практике
Органические ускорители
Воздухововлекающие и интенсифицирующие помол добавки
Воздухововлекающие добавки
Добавки для помола
Водопонижающие добавки и суперпластификаторы
Водопонижающие добавки
Суперпластификаторы
Способ действия водопонижающих добавок и суперпластификаторов
Дзета-потенциал, реология и природа фазы сорбента
Причины увеличенной диспергирующей способности суперпластификаторов
Неорганические ускорители и замедлители
Ускорители схватывания и твердения
Способ действия
Влияние СаСl₂ на состав и структуру продуктов гидратации
Эффекты осаждений; неорганические замедлители и ускорители схватывания
Влияние высоких и низких температур при атмосферном давлении
Гидратация при 25-100⁰С
Влияние на кинетику и конечную степень гидратации
Низкие температуры
Автоклавная обработка
Общие понятия
Химия автоклавных процессов
Механизмы реакций и равновесия
Характеристики С-S-Н, образованного в гидротермальных условиях, и тоберморита
Тампонажные цементы
Общие понятия
Типы цементов и добавок
Влияние температуры и давления
Высокопрочные цементные материалы
Общие понятия
Фазовый состав, микроструктура и причины высокой прочности
Химия бетонов
Цементное тесто в бетоне
Портландцементные растворы и бетоны
Изображение в обратно рассеянных электронах контактной зоны
Природа связи тесто - заполнитель
Композиционные цементы и другие вещества
Влияние на открытые поверхности
Долговечность - общие положения
Карбонизация, проникновение хлорида и коррозия арматуры
Общие понятия
Карбонизация
Транспорт и реакции хлоридов
Коррозия
Щелочно-силикатные реакции
Общие понятия
Химия щелочно-силикатных реакций
Процесс расширения
Щелоче-силикатные реакции в бетонах, приготовленных из композиционных цементов
Сульфатная коррозия
Общие понятия
Сульфат кальция
Сульфат магния
Влияние свойств бетона и типа цемента
Композиционные цементы и сульфатостойкость
Реакции с участием сульфатов и карбонатов
Другие формы агрессии
Физическая агрессия
Выщелачивание
Смешанные формы химической агрессии
Агрессия морской воды
Биологическая агрессия
Различные реакции взаимодействия между цементным тестом и заполнителем
Огневое повреждение
Приложения
Литература
Предметный указатель