| Распространение силикатных материалов началось с 1880 г., когда В. Mихаэлисом был предложен силикатный кирпич. Основополагающей идеей получения силикатных материалов является твердение известково-кремнеземистых композиций в результате синтеза гидросиликатов при повышенных значениях температуры и давления водяного пара. Основными исходными компонентами силикатных материалов являются воздушная известь и кварцевый песок. Качественные показатели сырьевых материалов должны обеспечивать их высокую реакционную способность. Существенное влияние на скорость реакций и кинетику формирования структуры искусственных каменных материалов оказывают химический и минералогический состав известково-кремнеземистой смеси, а также ее дисперсность. Реакционная способность извести зависит в основном от содержания активного оксида кальция, размеров кристаллов CaO, содержания MgO. С повышением температуры обжига известняков увеличивается размер кристаллов CaO и замедляется скорость гашения. Для изготовления автоклавных силикатных материалов применяют кварцевые пески, содержащие не менее 75-80% SiO2. Большинство примесей в песке являются инертными включениями и не участвуют в образовании гидросиликатной связки. Нежелательны примеси в песке карбонатов и слюды. Технология широко распространенных стеновых материалов — силикатного кирпича и камней включает приготовление известковокремнеземистого вяжущего, смешивание его с мелким заполнителем — кварцевым песком и получение силикатной массы, которая увлажняется и поступает на гашение. Разработано два способа приготовления силикатной массы, пригодной для формования изделий: барабанный и силосный. При барабанном способе (рис. 11.51) песок и тонкомолотая негашеная известь поступают во вращающийся гасильный барабан, где известь гасится под давлением 0,15-0,2 МПа. При силосном способе предварительно перемешанную и увлажненную массу направляют для гашения в силосы. Длительность гашения извести во вращающемся барабане 35-40 мин, в силосах 7-12 ч. Вместе с тем силосный способ является более простым и экономичным. Содержание извести в силикатной массе составляет 7-10% в пересчете на активный CaO. Прессование кирпича и камней производят на прессах при давлении 15-20 МПа. Отформованные изделия укладываются на вагонетки и направляются в автоклав, где их твердение происходит под влиянием насыщенного пара при давлении 0,9-1,6 МПа, при температуре 174-200°С. Тонкомолотое известково-песчаное вяжущее, имеющее, как правило, высокую активность (25-35% активных CaO+MgO) может быть заменено известково-шлаковым или известково-зольным вяжущим значительно меньшей активности по содержанию активных оксидов кальция и магния (10-15%), что способствует существенному сокращению количества извести в смеси. Аналогичный эффект может быть получен при замене части извести некоторыми другими активными материалами — белитовым шламом, цементной пылью и др. Экспериментально показано, что повышать давление пара, а следовательно, и температуру в автоклавах целесообразно лишь до определенной величины (обычно, не более 1,7 МПа). Для каждого состава шихты имеется своя оптимальная величина давления и соответственно время выдержки в автоклаве, обеспечивающие полноту реакции образования гидросиликатов кальция и их кристаллизацию. Дальнейшее повышение давления может вызвать чрезмерный рост кристаллов, что влечет за собой возникновение неблагоприятной структуры цементирующего вещества. Современная технология силикатного кирпича и камней характеризуется высоким уровнем механизации и автоматизации, требует примерно в 2 раза меньше топлива и в 3 — электроэнергии, чем производство керамического кирпича. Также как и керамический силикатный кирпич изготавливают одинарным (250x120x65 мм) и утолщенным (250x120x88 мм) полнотелым и пустотелым. Камни (250x120x138 мм) изготавливают пустотелыми (рис. 11.52). По прочности изделия выпускают марок 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300; по морозостойкости F15, F25, F35 и F50. В зависимости от средней плотности полнотелые изделия подразделяют на пористые со средней плотностью до 1500 кг/м3 и плотные — свыше 1500 кг/м3. Силикатные кирпич и камни изготавливают рядовыми и лицевыми. Лицевые изделия отличаются от рядовых улучшенным внешним видом, более точными геометрическими размерами, четкостью граней, повышенной морозостойкостью. По фактуре лицевой поверхности изделия изготавливают гладкими и с декоративным покрытием, по цвету — неокрашенными и окрашенными. Силикатные также как и керамические кирпич и камни применяют для кладки каменных и армокаменных наружных и внутренних стен зданий и сооружений, а также для их облицовки. Вследствие недостаточной водостойкости их не применяют для фундаментов и цоколей зданий ниже гидроизоляционного слоя, а также для зданий с мокрым режимом эксплуатации без специальных мер для защиты от увлажнения и в условиях воздействия высоких температур (кладка печей, труб и т.п.). Силикатные бетоны — искусственные каменные материалы, получаемые в результате автоклавного твердения бетонных смесей на основе известково-кремнеземистых вяжущих. Для силикатных бетонов приемлема та же классификация, что и для обычных — по структурным признакам и назначению. Возможно применение двух основных схем производства силикатного бетона — “гидратной” и “кипелочной”, отличающихся условиями гидратации извести. При гидратной схеме известь гасится после смешивания с песком в гасильном барабане или в силосах. При “кипелочной” схеме реализуется гидратационное твердение известково-песчаной смеси. Эта схема предусматривает совместное тонкое измельчение негашеной извести с частью кварцевого песка и последующее смешивание этого тонкодисперсного автоклавного вяжущего с остальным песком как заполнителем и водой для получения пластичной удобоукладываемой известково-песчаной смеси. Гидроксид кальция, образующийся при гашении в условиях “кипелочной” схемы, характеризуется более высокой дисперсностью. Прочность, плотность и долговечность силикатного бетона в условиях “кипелочной” схемы выше, чем при применении предварительно загашенной извести (“гидратная” схема). Регулирование процесса гидратации извести достигается за счет введения растворов некоторых электролитов, ускоряющих скорость гашения, а также за счет добавок ПАВ, замедляющих реакцию гидратации CaO. Лучшими макроструктурой и физико-механическими свойствами обладают бетоны, изготовленные из песков с минимальным объемом межзерновых пустот. Для молотого песка оптимальные размеры фракций 10-50 мкм. Бетоны наиболее высокой прочности образуются при преобладании в продуктах твердения известково-кремнеземистых смесей гидросиликатов группы CSH(B). Однако имеются данные, что бетоны, цементирующими соединениями в которых служат гидросиликаты CSH(B), а также C5S6H5, имеют пониженную морозостойкость и повышенные усадочные деформации. Рост прочности бетонов при автоклавной обработке проходит через максимум и при длительном запаривании начинает снижаться. Увеличение прочности обусловлено интенсивным образованием высокодисперсных гидросиликатных клеящих прослоек на зернах песка. По мере затухания этого процесса идет перекристаллизация — укрупнение частичек гидросиликатов, что приводит к уменьшению площади контактов и снижению механических показателей твердеющего материала. По мере образования кристаллического сростка из новых гидросиликатов прочность вновь начинает расти. С оптимальными значениями давления и температуры автоклавной обработки связано и оптимальное значение дисперсности известково-кремнеземистого вяжущего, определяющей степень пересыщения раствора, необходимую для получения прочного кристаллического сростка. Прочность силикатных бетонов изменяется в широких пределах: от 5-10 МПа для легких и до 80-100 МПа для высокопрочных тяжелых бетонов. Наибольшее распространение получили мелкозернистые силикатные бетоны, заполнителем которых является обычный кварцевый песок. При использовании негашеной извести ориентировочно прочность плотного силикатного бетона можно определить по формуле: где Sм.п — удельная поверхность молотого песка, м2/кг. При использовании гашеной извести: где Ци — расход известково-песчаного вяжущего, кг/м3. Прочность мелкозернистого силикатного бетона изменяется в зависимости от расхода известково-кремнеземистого вяжущего и крупности заполнителя (рис. 11.53). Содержание активного оксида кальция в силикатобетонной смеси изменяется в зависимости от требуемой прочности бетона с учетом вида и крупности песка (табл. 11.26, рис. 11.54, 11.55). В результате участия песка в реакции образования гидросиликатов кальция расход извести в силикатном бетоне примерно на 30% меньше, чем расход цемента для обычных цементных бетонов той же прочности. На прочность силикатного бетона, как и обычного, существенно влияют не только качественные показатели вяжущего и вяжущеводное отношение, но и однородность смеси, степень ее уплотнения, водосодержание и др. Повышение прочности достигается введением добавок-электролитов, ускоряющих процесс образования гидросиликатов кальция (Na2SO4, NaOH, Na2CO3) в количестве 0,5-1%, а также тонкодисперсных активных добавок (трепел, опока, туфы, шлаки и др.). Модуль упругости силикатного бетона при той же крупности заполнителя имеет существенно (25-30%) меньшее значение по сравнению с модулем упругости равнопрочного цементного бетона нормального твердения. При пониженных значениях модуля упругости силикатный бетон может иметь существенно меньшую ползучесть, чем цементный. Для автоклавного силикатного бетона характерно несколько пониженное сцепление с арматурой. Если для обычного жесткого бетона на портландцементе отношение прочности сцепления к прочности на сжатие составляет 0,23-0,28, то для силикатного бетона оно равно 0,10-0,22. При применении арматуры периодического профиля сцепление силикатного бетона с арматурой возрастает в 1.5-2.5 раза. В силикатных бетонах более вероятна, чем в цементных, коррозия арматуры, что объясняется меньшей щелочностью среды. Если в цементных бетонах рН=12-13,5, то в силикатных — 9.5-11. Наиболее благоприятные условия для развития коррозии арматуры создаются при недостаточной плотности бетона и эксплуатации его в условиях повышенной влажности (до 75-85%). Водостойкость силикатных материалов автоклавного твердения изменяется в значительных пределах. Прочность силикатного кирпича в воде может снижаться до 30%, что объясняется его повышенной открытой пористостью, возможным содержанием некоторого количества свободной гидратной извести. Коэффициент размягчения силикатных бетонов в воде колеблется обычно в интервале 0,8-0,9. Наиболее водостойкими являются плотные силикатные бетоны, цементирующая связка которых состоит из гидросиликатов CSH(B), тоберморита, ксонотлита. Это достигается правильным выбором соотношения CaO и SiO2, надлежащей тонкостью помола вяжущего, введением добавок доменного шлака и др. Многие исследователи экспериментально доказали, что водостойкость силикатных бетонов может быть не ниже, чем бетона на портландцементе. Морозостойкость силикатных бетонов, так же как и цементных, определяется в основном структурой порового пространства. Силикатный бетон, уплотненный вибрированием, имеет обычно морозостойкость 50-100 циклов. При низкой формовочной влажности можно повысить морозостойкость до 150-300 циклов. Морозостойкость силикатных бетонов с использованием негашеной извести, как правило, выше, чем бетонов, изготовленных по гидратной схеме производства. Последние отличаются повышенной водопотребностью и более низкой плотностью. Так же как и для цементных бетонов, морозостойкость силикатных бетонов можно существенно повысить, вводя воздухововлекающие добавки. Разновидностью силикатного бетона является силикальцит. Технология этого материала предложена И.К. Хинтом и отличается тем, что помол и смешивание извести и песка осуществляют в быстроходном дезинтеграторе (с числом оборотов до 1500 в минуту). Таким способом обеспечивают минимальный слой извести между дисперсными кварцевыми частицами и высокую прочность материала. Различают силикальцит вибрированный, литой и пеносиликальцит. Прочность силикальцита на сжатие может превышать 100 МПа, он характеризуется высокой морозо- и коррозионной стойкостью. Область применения в строительстве силикатных бетонов достаточно обширна. Это стеновые, облицовочные, конструктивные, теплоизоляционные изделия, изделия специального назначения -шпалы, тюбинги, пресованные кровельные изделия и др. |
Силикатные материалы и изделия автоклавного твердения — Студопедия
К силикатным материалам автоклавного тверденияотносятся материалы, получение которых основано на гидротермальном синтезе минеральной смеси (основное сырье, вяжущее вещество и заполнители), осуществляемом при повышенных значениях давления (до 1,5 МПа) и температуры (174…200 °С) водяного пара.
В качестве основных сырьевых компонентов для материалов автоклавного твердения применяют преимущественно известково-песчаные смеси и промышленные отходы — доменные шлаки, топливные золы, нефелиновый шлам и др. Наиболее распространены известково-песчаные {силикатные) материалы.
Основным вяжущим компонентом материалов автоклавного твердения является известь. Для производства силикатных изделий рекомендуется применение быстрогасящейся извести с суммарным содержанием активных оксидов кальция и магния более 70%. При этом содержание MgO должно быть не более 5%. Наряду с известью возможно применение портландцемента, в частности в производстве ячеистых бетонов. Применение портландцемента способствует повышению морозостойкости изделий.
Наиболее распространенный заполнитель силикатных материалов — кварцевые пески. При применении полевошпатовых и карбонатных песков физико-механические свойства изделий ухудшаются.
При тепловой обработке основных сырьевых компонентов в автоклавах идет взаимодействие между гидрооксидом кальция, кремнеземом и водой, сопровождающееся образованием труднорастворимых продуктов реакции — гидросиликатов кальция:
аСа(ОН)2 + Si02 + (n-а)Н20 → aCaO.Si02.nh30,
причем величина коэффициента а определяется соотношением концентраций СаО и Si02 в жидкой фазе.
Высокую реакционную способность при автоклавной обработке имеют аморфные и стеклообразные сырьевые материалы. К ним относятся вулканические эффузивные горные породы, гранулированные шлаки, топливные золы и др.
Интенсификация твердения и улучшение основных свойств автоклавных материалов достигаются применением высокодисперсных сырьевых материалов. При изготовлении высокопрочных известково-песчаных изделий негашеную известь размалывают с песком до удельной поверхности 3000…5000 см2/г и используют как вяжущее.
По назначению изделия из силикатных материалов различаются на конструкционные и теплоизоляционные изделия, а по форме изготовления — на штучные и крупноразмерные изделия.
По объему выпуска изделий из материалов автоклавного твердения ведущее место занимает силикатный кирпич, а за ним — стеновые изделия из плотного и ячеистого бетонов.
Силикатный кирпичпредставляет собой искусственный безобжиговый стеновой строительный материал, изготовленный прессованием из смеси кварцевого песка (90…92 %) и гашеной извести (8… 10 %) с последующим твердением в автоклаве.
В составе сырьевой смеси для получения силикатного кирпича содержание извести колеблется от 7 до 10 % в пересчете на активную роль СаО. Для повышения прочности силикатного кирпича в качества вяжущего компонента применяют тонкомолотые известково-кремнеземистые, известково-шлаковые и известково-зольные смеси.
При производстве силикатного кирпича наиболее желательны кваревые пески с зернами размером 0,2…2 мм, имеющие минимальное количество пустот. Содержание глинистых примесей допускается не более 10 %, так как при большем содержании глинистых увеличивается водопоглощение, снижается прочность и морозостойкость кирпича. Наличие органических примесей в сырьевой смеси для производства кирпича снижает его прочность и может привести к образованию трещин за счет выделения газов при автоклавном твердении.
Силикатный кирпич применяют наряду с керамическим кирпичом для кладки каменных и армировано-каменных наружных и внутренних конструкций в надземной части зданий с нормальным и влажным режимом эксплуатации. Вследствие более низкой стойкости к воде и к растворенным в ней веществам силикатный кирпич в отличие от керамического нельзя применять для кладки фундаментов и цоколей зданий ниже гидроизоляционного слоя. Не допускается использовать силикатный кирпич для стен зданий с мокрым режимом эксплуатации (бань, прачечных и др.) без специальных мер защиты стен от увлажнения. Не разрешается использовать для кладки печей, труб, т.к. он не выдерживает длительного воздействия высокой температуры.
Силикатным бетоном называют затвердевшую в автоклаве уплотненную смесь, состоящую из кварцевого песка (70…80%), молотого песка (8…15%) и молотой негашеной извести (6…10%). Для него характерна более низкая коррозионная стойкость арматуры, что обусловлено слабой щелочностью среды. Стойкость арматуры надежно обеспечивается при влажности воздуха 60%. Как и цементные, силикатные бетоны классифицируются в зависимости от плотности, особенностей структуры, максимальной крупности и вида заполнителей, а также области применения.
Силикатные и асбестоцементные материалы. Материалы из минеральных расплавов
Силикатные материалы
— получают путем автоклавной обработки, кремнесиликатной смеси, которая состоит в основном из кварцевого песка (90 %) и негашеной извести (10 %). Сначала из этой смеси формируют сырец материала.
t = 175 0C P = 0,9 МПа
В автоклаве сырец выдерживают в течение 6-12 часов. В течение этого времени происходят реакции гидратации, и силикатный кирпич приобретает необходимую прочность. Цвет серо-белый, при высыхании белый. ρm=1800 кг/м3 , а для обычного. ρm=1450 кг/м3
Ввиду того, что ρm силикатного кирпича больше, чем ρm красного керамического кирпича, то у него теплоизоляционная (холодоизоляционная) способность значительно ниже, чем у красного керамического. Стены наружные толщиной 770 мм.
Внимание!
Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.
Силикатный кирпич и силикатные бетоны (аналог силикатного кирпича) обладают повышенной водопотребностью. Исходя из этого, их нельзя применять:
в фундаментах зданий и сооружений
в стенах и перегородках подвальных и цокольных этажей
Они применяются только для кладки наружных и внутренних стен надземных частей зданий и сооружений.
Ввиду того, что силикатный кирпич (бетон) при высоких t (500oC и выше) разлагается на исходные материалы (известь + песок). Кладка печей, каминов, печных вытяжных труб запрещена.
Материалы из минеральных расплавов
— неметаллические тела, обладающие при нормальных температурах свойствами твердых тел.
1.Стекло строительное
состав:
— песок кварцевый 71-71 %
— сода (Na2 O) 14-15 %
— известь (CaO) 6,5-7 %
— окись магния (МаО) 4 %
— окись алюминия (Al2 O3) 2 %
сырье для стекла:
чистый кварцевый песок
сода
глиноземы в виде полевых шпатов и каолина
Свойства стекла:
1. ρm=2500 кг/м3
2. Rc = 100 Мпа
3. ρm приблизительно равно ρ, т.к. в этом материале практически отсутствуют внутренние поры.
В строительстве в основном применяется листовое стекло различного типа, размеров, толщиной от 4 до 20 мм. Считается одним из самых перспективных строительных материалов. Совместно с металлоизделиями, алюминиевыми изделиями стекло применяется как:
стеновой материал
устройство большеплощадных и светопрозрачных фонарей на кровлях.
2. Стеклоситаллы
— получают на основе стеклового расплава с добавлением цветных добавок. Получают цветное витринное стекло (для витражей, стендов, рекламы и т.д.)
3. Шлакоситаллы
— получают на основе шлаковых расплавов
— отход металлургической промышленности
Применяются для изготовления плит напольных в цехах заводов.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему
Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Узнать стоимостьЭкологичность строительных материалов от SiMAT Каменск-Уральского завода строительных материалов
Стоит выяснить заранее из каких материалов Вы собираетесь построить коттедж или многоквартирный дом, из чего построена Ваша долгожданная квартира, а при выборе материалов для ремонта отдавать предпочтение экологичным. Какие изделия являются экологичными? И стоит ли экономить на здоровье и безопасности своей семьи?
Экологичные ( или экологически безопасные) стройматериалы – это строительные материалы в процессе изготовления которых, а так же во время их эксплуатации не страдает окружающая среда.
Экологичными строительными материалами можно назвать все изделия, которые производятся на Каменск-Уральском заводе строительных материалов, так как изготавливаются они из силиката. Углубляясь в состав материала силикатный кирпич, силикатный блок и силикатная плита состоит из природных компонентов- извести, песка и воды. Строительные материалы завода SiMAT безопасны как для человека, так и для окружающей среды.
Стоит детально разобрать и оценить важные составляющие силикатных изделий завода SiMAT.
Во-первых силикатные изделия не выделяют никаких токсических веществ. И не для кого уже не тайна, что если при строительстве и ремонте использовались неэкологичные строительные материалы, то это в лучшем случае это приводит к «жилищному синдрому», т.е. появляется острая реакция на выделяемые токсические вещества. Со временем они накапливаются в организме человека и его состояние ухудшается. Чаще жалуются на головную боль, тошноту, раздражение глаз и другие аллергические реакции.
Во- вторых силикатные изделия будь то силикатный блок или кирпич образуют в доме или квартире правильный микроклимат, за счет своей структуры. Силикатный блок это по сути природный камень, который позволяет стенам дома в прямом смысле «дышать». В таком доме вы никогда не почувствуете резких перепадов температур. Силикат работает по простому принципу: в холодное время года держит длительное время тепло, а в жаркое время года долго сохраняет прохладу.
Чтобы сберечь свое здоровье, при выборе строительных материалов стоит обратить внимание не только на внешний вид и качества материала, но и на безопасность.
Силикатные изделия относятся к огнеупорным стройматериалам, т.е. не горючим. Это очень важный фактор при строительстве будущего дома. Выбор безопасного стенового материала на этапе фундамента- гарантия безопасности на всю жизнь.
Если рассматривать строительный материал с точки зрения долговечности, то можно выделить из общего количества преимуществ – известь. Известь — это природный антисептик, который позволяет обезопасить свое жилье от процессов гниения, возникновения плесени и грибков. Известь входящая в состав силикатных материалов превосходно справляется с грызунами, отпугивает их.
Выбирая строительные материалы с учетом привлекательности внешнего вида, качественных характеристик и цены не забывайте о самом главном, о здоровье и безопасности своих близких. Правильный выбор строительных материалов однажды прослужит Вам долгие годы.
Природный силикатный материал — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Природный силикатный материал
Cтраница 1
Природные силикатные материалы: диабаз, базальт, асбест, хризотил, андезит обладают высокой кислотостойкостью, исключение составляет хризотил, который не стоек в кислотах, но устойчив к действию щелочей. Все эти материалы обладают хорошими физико-механическими свойствами и широко используются в качестве конструкционных теплоизоляционных и футеровочных материалов. [1]
Природные силикатные материалы применяют в виде блоков я плит для изготовления башен и футеровок емкостей и аппаратов ( не теплообмен-ного типа), эксплуатируемых в сильнокислых средах. Более широкое применение находят искусственные силикатные материалы, получаемые плавлением горных пород: каменнолитые ( диабаз, базальт), технические саталлы и шлакоситал-лы, силикатные и кварцевые стекла, кислотостойкие эмали. Спеканием силикатных горных пород получают различные керамические изделия. Искусственно получаемые силикатные материалы используют в хим. и др. отраслях пром-сти для изготовления труб, арматуры и змеевиков или как футеровочный материал емкостей и аппаратов. Кислотостойки такие стекловолокнистые материалы, как стеклянная вата, стеклянная ткань и природные слюда и асбест. К композиционным относятся и кислотостойкие замазки ( цементного типа), способные самопроизвольно затвердевать. [3]
Гидрофобность порошков, полученных при помоле природных силикатных материалов до одинаковой удельной поверхности с введением кремнеорганического модификатора ( полиэтилгидросилоксана), определялась после термообработки по способности их поверхности сорбировать пары воды. [4]
Гидрофобность порошков, полученных при помоле природных силикатных материалов до одинаковой удельной поверхности с введением кремнийорганического модификатора — полиэтилгидро-силоксана, определяли после термообработки по способности поверхности порошков сорбировать пары воды. [5]
Керамические кислотоупорные изделия получают обжигом до спекания различных природных силикатных материалов и плавней, понижающих температуру плавления шихты. [6]
Это вызвано тем, что, например, для природных и силикатных материалов обычно ограничиваются определением кислотостойкости ( кислотоупорности), водо-поглощения и только в ответственных сооружениях проверяется предел прочности при сжатии или растяжении. [7]
Эти изделия получают формованием с последующим отжигом до полного спекания природных силикатных материалов, в основном глины, с некоторыми добавками. [8]
К а м е н н о-к е р а м и ч е с к и е изделия получают обжигом до спекания ( при температуре до 1 300 С) различных природных силикатных материалов и присадок, снижающих температуру плавления шихты. Основным сырьем для производства каменно-ке-рамических изделий служат глина, измельченный шамот, полевой шпат и кварцевый песок. [9]
Если посредством кислородных мостиков связывается большее количество моноядерных анионов, могут образоваться как циклические группы, так и бесконечно длинные цепи. Все перечисленные типы изополикислот встречаются, например, у кремния в различных природных силикатных материалах. [10]
В последнем случае к цепи либо в одну плоскость, либо во всех направлениях могут присоединяться еще другие тетраэдры ионов [ SiO4P — и тогда образуются двух — и трехразмерные решетки. Все рассмотренные ( и еще некоторые другие) остатки поликремниевых кислот встречаются в различных природных силикатных материалах. [11]
Для футеровки применяют кислотоупорные керамические кирпичи плитки, а также плитки на основе плавленных силикатных материалов. Кроме силикатных материалов используют также плитки и блоки на основе графита и антегмита. Керамические кислотоупорные кирпичи и плитки получают из природных силикатных материалов, в основном из глины с некоторыми добавками, путем формования и последующего обжига. Керамические кислотоупорные кирпичи, обожженные до спекания, характеризуются плотным черепком, высокой механической прочностью, газонепроницаемостью и химической стойкостью к действию минеральных и органических кислот и их смесей при высоких температурах. [12]
Ассортимент модификаторов карбамида чрезвычайно широк и разнообразен. Однако при выборе тех или иных добавок следует учитывать все возможные последствия их применения, особенно экологические. По-видимому, можно с уверенностью не опасаться каких-либо нежелательных последствий лишь при использовании природных силикатных материалов, ряда неорганических солей, серы, а также продуктов конденсации карбамида с формальдегидом. Использованию же различных органических соединений должны предшествовать всесторонние и длительные испытания. [13]
Влияние различных примесей на кинетику выделения водорода на амальгамном электроде в большой степени зависит от экспозиции. Чем больше время опыта, тем меньшие концентрации примесей оказывают заметное действие на процесс. Следует иметь в виду, что ни об одном из элементов периодической системы нельзя заранее сказать, что он обязательно должен отсутствовать в реальном технологическом процессе. Такие элементы, как ванадий, хром и молибден, содержатся во всех сталях. Ванадий был обнаружен также в графитовых анодах [259], где может находиться и германий, который распространен и в природных силикатных материалах. Надо также иметь в виду, что за время электролиза через ванну с ртутным катодом проходят очень большие количества рассола и воды, подаваемой для разложения амальгамы. [14]
Страницы: 1 2
Силикатные бетоны: характеристики, способы получения, применение — Статьи
Силикатные бетоны в отличие от обычных получают на основе известково-кремнеземистых вяжущих автоклавного твердения. Для силикатных бетонов приемлема та же классификация, что и для обычных — по структурным признакам и назначению.
Распространение силикатных материалов началось с 1880 г., когда В.Михаэлисом был предложен силикатный кирпич. Основополагающей идеей получения силикатных материалов является твердение известково-кремнеземистых композиций в результате синтеза гидросиликатов при повышенных значениях температуры и давления водяного пара. При твердении портландцемента гидросиликаты и другие гидратные новообразования образуются при нормальных значениях температуры и давления в результате реакций гидратации высокоактивных клинкерных минералов. Близость состава цементирующих соединений у портландцементного и силикатного бетонов во многом определяет и близость свойств этих материалов.
Основными исходными материалами силикатных бетонов являются воздушная известь и кварцевый песок. Качественные показатели сырьевых материалов должны обеспечивать их высокую пеакционную способность. Решающее влияние на скорость реакций и кинетику формирования структуры силикатного бетона оказывает химический и минералогический состав известково-песчаной смеси, а также ее дисперсность.
Реакционная способность извести зависит в основном от содержания активного оксида кальция, размеров кристаллов СаО, содержания МдО. С повышением температуры обжига известняков увеличивается размер кристаллов СаО и замедляется скорость гашения. Существенное влияние оказывает микроструктура карбонатных пород. С уменьшением размера кристаллов кальцита и увеличением их плотности быстрее в процессе обжига укрупняются образующиеся кристаллы СаО.
Возможно применение двух основных схем производства силикатного бетона — «гидратной» и «кипелочной», отличающихся условиями гидратации извести. При гидратной схеме известь гасится после смешивания с песком в гасильном барабане или в силосах. При «кипелочной» схеме реализуется гидратационное твердение известково-песчаной смеси. Эта схема предусматривает совместное тонкое измельчение негашеной извести с частью кварцевого песка и последующее смешивание этого тонкодисперсного автоклавного вяжущего с остальным песком как заполнителем и водой для получения пластичной удобоукладываемой известково-песчаной смеси. Гидроксид кальция, образующийся при гашении в условиях «кипелочной» схемы, характеризуется более высокой дисперсностью. Прочность, плотность и долговечность силикатного бетона в условиях «кипелочной» схемы выше, чем при применении предварительно загашенной извести («гидратная» схема).
Регулирование процесса гидратации извести достигается за счет введения растворов некоторых электролитов, ускоряющих скорость гашения, а также за счет добавок ПАВ, замедляющих реакцию гидратации СаО.
Для изготовления силикатных бетонов применяют кварцевые пески, содержащие не менее 75-80% 5Ю2. Большинство примесей в песке являются инертными включениями и не участвуют в образовании гидросиликатной связки. Нежелательны примеси в песке карбонатов и слюды. Имеются данные, что при наличии в песке 2,5% слюды прочность силикатного бетона падает почти на 30%, а при 5% слюды — на 50%.
Лучшими макроструктурой и физико-механическими свойствами обладают бетоны, изготовленные из песков с минимальным объемом межзерновых пустот. Для молотого песка оптимальные размеры фракций 10-50 мкм.
Растворимость кремнезема возрастает с повышением температуры, достигая максимума (0,1%) при ЗЗО’С. При этом возрастает концентрация насыщенного раствора и ускоряется образование гидросиликатов.
Тонкомолотое известково-песчаное вяжущее, имеющее, как правило, высокую активность (25-35% активных СаО+МgО) может быть заменено известково-шлаковым или зольным вяжущим значительно меньшей активности по содержанию активных оксидов кальция и магния (10-15%). При этом достигается сокращение количества извести в смеси примерно в 2-3 раза.
Аналогичный эффект может быть получен при замене части извести другими высококальциевыми отходами, например, белито-вым шламом.
При наличии в извести более 5% пережженных частиц, в состав известково-кремнеземистого вяжущего целесообразно вводить высокодисперсные активные минеральные добавки (трепел, опока, обожженная глина, перлит и др.).
Твердение силикатных бетонов происходит при тепловлажнос-тной обработке в автоклавах насыщенным паром под давлением 0,9-1,6 МПа, что соответствует температурам 174,5-200’С.
Основные положения теории автоклавной обработки извест-ково-кремнеземистых материалов разработаны П.И.Боженовым, Ю.М.Буттом, А.В.Волженским, К.Э.Горяйновым, П.Г.Комоховым, А.В.Саталкиным и рядом других исследователей.
Бетоны наиболее высокой прочности образуются при преобладании в продуктах твердения известково-кремнеземистых смесей гидросиликатов группы СSН(В). Однако имеются данные, что бетоны, цементирующими соединениями в которых служат гидросиликаты СSН(В), а также С5S6Н5, имеют пониженную морозостойкость и повышенные усадочные деформации.
Рост прочности бетонов при автоклавной обработке проходит через максимум и при длительном запаривании начинает снижаться. Увеличение прочности обусловлено интенсивным образованием высокодисперсных гидросиликатных клеящих прослоек на зернах песка. По мере затухания этого процесса идет перекристаллизация — укрупнение частичек гидросиликатов, что приводит куменьшению площади контактов и снижению механических показателей твердеющего материала. По мере образования кристаллического сростка из новых гидросиликатов прочность вновь начинает расти.
Экспериментально показано, что повышать давление пара, а следовательно, и температуру в автоклавах целесообразно лишь до определенной величины (обычно, не более 1,7 МПа). Для каждого состава шихты имеется своя оптимальная величина давления и соответственно время выдержки в автоклаве, обеспечивающие полноту реакции образования гидросиликатов кальция и их кристаллизацию. Дальнейшее повышение давления может вызвать чрезмерный рост кристаллов, что влечет за собой возникновение неблагоприятной структуры цементирующего вещества.
С оптимальными значениями давления и температуры автоклавной обработки связано и оптимальное значение дисперсности известково-кремнеземистого вяжущего, определяющей степень пересыщения раствора, необходимую для получения прочного кристаллического сростка.
Прочность силикатных бетонов изменяется в широких пределах: от 5-10 МПа для легких и до 80-100 МПа для высокопрочных тяжелых бетонов.
Наибольшее распространение получили мелкозернистые силикатные бетоны, заполнителем которых является обычный кварцевый песок.
Соотношение между активным оксидом кальция и молотым песком в вяжущем назначают из условия получения при автоклавной обработке гидросиликатов кальция оптимального состава при минимальном расходе извести.
Модуль упругости силикатного бетона при той же крупности заполнителя имеет существенно (25-30%) меньшее значение по сравнению с модулем упругости равнопрочного цементного бетона нормального твердения. При пониженных значениях модуля упругости, силикатный бетон может иметь существенно меньшую ползучесть, чем цементный. Так, по данным А.В.Щурова, абсолютная величина предельной меры ползучести силикатных бетонов не превышала 1,7, тогда как для обычного цементного бетона она составляла 3,9.
Для автоклавного силикатного бетона характерно несколько пониженное сцепление с арматурой. Если для обычного жесткого бетона на портландцементе отношение прочности сцепления к прочности на сжатие составляет 0,23-0,28, то для силикатного бетона оно равно 0,10-0,22. При применении арматуры периодического профиля сцепление силикатного бетона с арматурой возрастает в 1,5-2,5 раза. В силикатных бетонах более вероятна, чем в цементных, коррозия арматуры, что объясняется меньшей щелочностью среды. Если в цементных бетонах рН = 12-13,5, то в силикатных 9,5-11. Наиболее благоприятные условия для развития коррозии арматуры создаются при недостаточной плотности бетона и эксплуатации его в условиях повышенной влажности (до 75-85%).
Водостойкость силикатных материалов автоклавного твердения изменяется в значительных пределах. Прочность силикатного кирпича в воде может снижаться до 30%, что объясняется его повышенной открытой пористостью, возможным содержанием некоторого количества свободной гидратной извести. Коэффициент размягчения силикатных бетонов в воде колеблется обычно в интервале 0,8-0,9. Наиболее водостойкими являются плотные силикатные бетоны, цементирующая связка которых состоит из гидросиликатов С5Н(В), тоберморита, ксонотлита. Это достигается правильным выбором соотношения СаО и 5Ю2, надлежащей тонкостью помола вяжущего, введением добавок доменного шлака и др. Многие исследователи экспериментально доказали, что водостойкость силикатных бетонов может быть не ниже, чем бетона на портландцементе.
Морозостойкость силикатных бетонов, также как и цементных, определяется в основном структурой порового пространства.
Силикатный бетон, уплотненный вибрированием, имеет обычно морозостойкость 50-100 циклов. При низкой формовочной влажности можно повысить морозостойкость до 150-300 циклов.
Морозостойкость силикатных бетонов с использованием негашеной извести, как правило, выше, чем бетонов, изготовленных по гидратной схеме производства. Последние отличаются повышенной водопотребностью и более низкой плотностью. Также как и для цементных бетонов морозостойкость силикатных бетонов можно существенно повысить, вводя воздухововлекающие добавки.
Разновидностью силикатного бетона является силикальцит. Технология этого материала предложена И.К.Хинтом и отличается тем, что помол и смешивание извести и песка осуществляют в быстроходном дезинтеграторе (с числом оборотов до 1500 в минуту). Таким способом обеспечивают минимальный слой извести между дисперсными кварцевыми частицами и високую прочность материала. Различают силикальцит вибрированный, литой и пеносиликальцит. Прочность силикальцита на сжатие может превышать 100 МПа, он характеризуется высокой морозо- и коррозионной стойкостью.
Область применения в строительстве силикатных бетонов достаточно обширна. Это стеновые, облицовочные, конструктивные, теплоизоляционные изделия, изделия специального назначения -шпалы, тюбинги, пресованные кровельные изделия и др.
Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин
Новые форматы силикатных изделий. Как привычный строительный материал обрел новые качества
Силикатные материалы успешно применяются в строительстве уже более 120 лет. Пройдя испытания временем, силикатный кирпич обрел новые качества.Кирпичный дом — это надежно, комфортно и безопасно! Во многих передовых европейских странах применение силикатных материалов только наращивается. Например, в Германии и Нидерландах доля силикатных изделий среди всех стеновых материалов на данный момент составляет 40%.
Жилье, построенное из силикатных материалов, там считается элитным. Кроме того, кирпич обладает высокими декоративными свойствами. Фасады зданий, выполненные из цветного кирпича, поражают своим многообразием. Качество жилья для многих означает еще и «живую» ауру и индивидуальность дома. Поэтому кирпич — материал для настоящих ценителей архитектуры.
Пройдя испытания временем, силикатный кирпич обрел новые качества. Сегодня Дзержинский силикатный завод (ООО «Силикатстрой») выпускает пазогребневые изделия — блоки и перегородочные плиты. Размер блоков — 250×248×188 мм, плит — 498×70×248 и 498×115×248 мм.
Эксплуатационные качества таких изделий выше, чем у кирпича. Отличительной характеристикой являются точность размеров и идеальные углы и ребра. Блоки соединяются между собой при помощи системы «паз-гребень», что предполагает отсутствие вертикальных швов в кладке. А дома из таких блоков строятся гораздо быстрее. Силикатные изделия обладают наилучшими звукоизоляционными качествами и прочностными показателями. Кладка из силикатных крупноформатных изделий обладает высокой несущей способностью, что позволяет возводить несущие стены в зданиях с минимальной толщиной, т.е. максимальное расчетное сопротивление кладки при минимальной материалоемкости.
Характеристики современных силикатных материалов находятся на высоком уровне (недостижимом для многих других материалов) и в сочетании с экологическими свойствами позволяют использовать их в любых видах строительства. Силикатные блоки и плиты позволяют использовать любые виды отделки: окраску, оклейку обоями, облицовку керамической плиткой, декоративную штукатурку и т.д., при этом не требуется предварительное оштукатуривание поверхности. Жилье, построенное с применением силикатных материалов, должно позиционироваться как комфорт-класс. Качественно возведенные жилые дома из силикатных изделий нового поколения имеют эксплуатационный ресурс не менее 150 лет.
Дзержинский силикатный завод постоянно расширяет номенклатуру выпускаемых изделий. Готовятся к выпуску плита перегородочная толщиной 80 мм, а также блоки для ограждающих конструкций при заполнении монолитного каркаса толщиной 150 и 175 мм — в качестве альтернативы газобетону. В этом случае крепление утеплителя будет надежнее, жесткость каркаса выше, жилая площадь больше.
В целях успешного применения силикатных изделий нового поколения Ассоциация производителей силикатных изделий, куда входит Дзержинский силикатный завод, ведет активную деятельность по актуализации нормативной базы. С 2011 г. при непосредственном участии Ассоциации разработаны и актуализированы основные нормативные документы, регламентирующие деятельность в трех сферах: производство материалов и изделий, проектирование и строительство (производство работ).
Преимущества силикатных блоков и перегородочных плит
Низкая материалоемкость строительства при малой ширине стен. Высокая прочность кладки из блоков — до пяти этажей при ширине несущих стен 25 см, до 10 этажей при ширине несущих стен 50÷25см.
Высокая скорость строительства — 15 мин/м2 (60 мин/м3) звеном из двух монтажников с применением мини-крана. При этом не требуются каменщики высокой квалификации.
Экономия на фундаментах за счет более узких стен и меньших нагрузок.
Экономия на растворе. Клеевой раствор наносится только на горизонтальные участки кладки. Расход клеевого раствора менее 2кг/м2 в перегородках и 8 кг/м2 в несущей стене.
Не требуется штукатурных работ за счет идеальной геометрии и поверхности блоков. Отсутствие штукатурных работ позволяет радикально снизить влажность стен перед финишной отделкой. Шпатлевку, покраску или наклейку обоев можно выполнять при влажности основания не более 7%, что ведет к сокращению сроков строительства.
Больше полезной площади в рамках одного периметра при сравнении с более широкими стенами.
Нет необходимости в армировании кладки.
Высокая скорость оборачиваемости капитала.
Silicate Mineral — обзор
2.18.3.2.2 Роль воды в деформации горных пород
Ослабление водой номинально безводных силикатных минералов впервые было обнаружено в середине 1960-х годов при экспериментальном исследовании прочности кварца (Griggs and Blacic, 1965). В этих экспериментах по деформации твердой среды образцы, деформированные с помощью удерживающей водной среды (тальк), были слабее, чем образцы, деформированные с помощью безводной удерживающей среды. Впоследствии сообщалось об ослаблении воды для других номинально безводных минералов (NAM), включая оливин (например,g., Avé Lallemant and Carter, 1970), пироксен (Avé Lallemant, 1978) и полевой шпат (например, Tullis and Yund, 1980). Эти первые исследования ослабления воды подчеркнули это явление. Второе поколение экспериментов было сосредоточено на механизме ослабления воды путем изучения зависимости вязкости от летучести воды, то есть от концентрации точечных дефектов, происходящих из воды (Chen et al., 2006; Karato and Jung, 2003; Kohlstedt et al. др., 1995; Кроненберг, Таллис, 1984; Мей и Колстедт, 2000a, b; Пост и др., 1996).
Первая модель водного или гидролитического ослабления была построена на механизме, в котором вода гидролизует сильные связи SiO, образуя более слабые связи Si – OH ⋅ OH – Si (Griggs, 1967). Таким образом, скольжение дислокаций легче в водной среде, чем в безводной; эффективно, напряжение / барьер Пайерлса уменьшается по мере гидролиза мостиков SiOSi. В этом анализе скорость скольжения дислокаций ограничена распространением изломов вдоль дислокаций, процессу, которому способствует диффузия воды по ядрам дислокаций.Затем считается, что скорость дислокации пропорциональна концентрации воды (Griggs, 1974).
Более поздние модели ослабления воды подчеркнули роль образованных водой точечных дефектов, особенно ионов водорода (протонов) (Hobbs, 1981, 1983, 1984; Mackwell et al., 1985; Poumellec and Jaoul, 1984). Протоны быстро диффундируют в NAM (обзор см. Ingrin and Skogby, 2000), таких как кварц (Kronenberg et al., 1986), оливин (Demouchy and Mackwell, 2003; Kohlstedt and Mackwell, 1998, 1999; Mackwell and Kohlstedt, 1990). ) и пироксен (Carpenter Woods et al., 2000; Геркулес и Ингрин, 1999; Ingrin et al., 1995; Stalder and Skogby, 2003). Таким образом, изначально сухие образцы миллиметрового размера могут быть гидратированы в экспериментах при высоких температурах и высоком давлении, продолжающихся несколько часов или меньше. Присутствие протонов в NAM влияет на скорость дислокации двумя возможными способами. Во-первых, поскольку протоны заряжены, изменение концентрации протонов приведет к изменению концентрации всех других заряженных точечных дефектов. Следовательно, введение протонов в NAM будет напрямую влиять на концентрацию вакансий и собственных межузельных атомов на каждой ионной подрешетке и, следовательно, на скорости диффузии составляющих ионов и скорость подъема дислокаций.Кроме того, внешние точечные дефекты, в частности точечные дефекты, обусловленные водой, могут влиять на концентрацию изгибов и изломов вдоль линий дислокации и, таким образом, на скорость дислокации, как выражено в уравнениях [48] и [51] (Hirsch, 1979, 1981; Hobbs, 1981 , 1984). Влияние точечных дефектов, образованных водой, на концентрацию перегибов и изломов может привести к возникновению дефектных реакций двумя путями. Во-первых, для минералов, содержащих переходный металл, например Fe (например, полупроводниковые силикаты), наличие точечных дефектов, происходящих из воды, повлияет на концентрацию электронных дырок h • , что, в свою очередь, может повлиять на концентрацию перегибов и ступенек. ионизацией первоначально нейтральных пробежек (Hirsch, 1979, 1981; Hobbs, 1984).В случае кинков положительно заряженный кинк k • может быть получен из нейтрального кинка в результате реакции
[58] k × + h • ↔k •
, для которой закон действия масс дает
[59] k • = K58k × h •
Общая концентрация перегибов тогда становится
[60] ktot = k × + k • = k × 1 + K58h •
, где второй член может быть намного больше, чем единство и доминировать над популяцией кинков. Зависимость концентрации излома от концентрации воды (протонов) или летучести воды затем входит через концентрацию положительно заряженных изломов, тем самым увеличивая скорость скольжения дислокации.Аналогичный аргумент можно использовать для увеличения концентрации ступенек и, следовательно, скорости подъема дислокации. Хотя этот подход обеспечивает один механизм для увеличения скорости дислокации в NAM, его нелегко распространить на минералы, такие как кварц, которые не содержат значительных концентраций переходных металлов. Следовательно, необходимо учитывать более прямое влияние точечных дефектов, образованных водой, на концентрацию перегибов и ступенек. В обозначении точечных дефектов добавление протонов p • к номинально безводному силикату повлияет на концентрацию изломов посредством такой реакции, как
[61] k × + p • ⇔k × −p ••
где фигурные скобки {} указывают на образование нейтрального кинка, связанного с протоном.Применение закона действия масс дает
[62] k × −p ••] = K61k × [p •
Тогда общая концентрация перегибов равна
[63] ktot = k × + k × −p •• = k × 1 + K61p •
Опять же, аналогичное уравнение применимо для бега трусцой. Зависимость концентраций изломов и ступенек от концентрации / летучести воды затем возникает непосредственно через зависимость концентрации протонов от летучести воды.
Поведение при высокотемпературной деформации анортита, клинопироксена и оливина, деформированных в режиме дислокационной ползучести в безводных и водных условиях, сравнивается на Рис. 19 .Аналогичное сравнение было сделано для режима диффузионной ползучести Hier-Majumder et al. (2005a). В режиме ползучести дислокаций зависимость скорости деформации от летучести воды была количественно определена для оливина (Hirth and Kohlstedt, 2003; Karato and Jung, 2003; Mei and Kohlstedt, 2002b) и для клинопироксена (Chen et al., 2006). В случае оливина скорость деформации увеличивается по мере летучести воды до ~ 1-й степени, в то время как в случае клинопироксена скорость деформации увеличивается по мере летучести воды до ~ 3-й степени.В режиме диффузионной ползучести скорость ползучести увеличивается с увеличением летучести воды до ~ 1-й степени для оливина (Mei and Kohlstedt, 2000a) и до ~ 1,4 степени для клинопироксена (Hier-Majumder et al., 2005a).
Рис. 19. Зависимость скорости деформации от напряжения для образцов анортита, клинопироксена и оливина, деформированных в режиме дислокационной ползучести в безводных и водных условиях. В каждом случае образцы, деформированные в водных условиях, слабее, чем образцы, деформированные в безводных условиях. Летучесть воды для образцов, деформированных в водоводных условиях при ограничивающем давлении 300 МПа и 1473 К, составляет ~ 300 МПа.Результаты взяты из R&D, Rybacki and Dresen (2000); C, H и K, Chen et al. (2006); Мей и Кольстедт (2000а); Чопра и Патерсон (1984); и Bystricky and Mackwell (2001).
Чтобы помочь оценить возможные объяснения этих наблюдаемых зависимостей скорости деформации от летучести воды, Таблица 2 суммирует отношения между концентрацией различных точечных дефектов и летучестью воды для нескольких условий зарядовой нейтральности силиката переходного металла. Для оливина в водных условиях энергия активации ползучести дислокаций 470–520 кДж / моль –1 (Hirth, Kohlstedt, 2003; Karato, Jung, 2003) несколько больше, чем для самодиффузии Si и O, равная 360 и 440 кДж / моль — 1 соответственно (Коста, Чакраборти, 2008).В экспериментально исследованном диапазоне температур (1200–1350 ° C) коэффициенты диффузии Si и O примерно одинаковы. Таким образом, если высокотемпературная ползучесть оливина контролируется подъемом дислокаций, ограниченным диффузией самых медленных ионных частиц, неясно, какие частицы (Si или O) контролируют скорость. Карато и Юнг (2003) предложили модель, в которой скорости ползучести контролируются переползанием дислокаций с диффузией Si по вакансионному механизму в сочетании с положительно заряженными выступами, что приводит к показателю летучести воды q = 5/4 в уравнении [43], близко к значению, полученному в ходе экспериментов по деформации 1.2. Показатель летучести воды 5/4 также удовлетворяется за счет диффузии Si по вакансионному механизму с преобладающей вакансией Si, возникающей из ассоциата дефектов [(3H) Si /] с условием зарядовой нейтральности [h • ] = [H Me /] (см. таблицу 2 ). В обоих случаях трудно согласовать существенное различие между энергиями активации самодиффузии Si и ползучести.
Таблица 2. Зависимость концентраций точечных дефектов от летучести воды, выраженная как показатель степени q в зависимости ∝fh3Oq, для нескольких условий зарядовой нейтральности силиката переходного металла
| [Fe Me • ] [h • ] | [Fe Si /] | [V Me // ] | [(OH) O • ] [стр. • ] | [H Me /] | [(2H) x Me ] | [O i // ] | [V Si /// / ] | [H Si /// ] | [(2H) Si // ] | [(3H) Si /] | [(4H) x Si ] | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| [h • ] = 2 [V Me // ] | 0 | 0 | 0 | 1/2 | 1/2 | 1 | 0 | 0 | 1/2 | 1 | 3/2 | 2 | |
| 2 | |||||||||||||
| p • ] = 2 [V Me // ] | — 1/6 | 1/6 | 1/3 | 1/3 | 2/3 | 1 | 1 / 3 | 2/3 | 1 | 4/3 | 5/3 | 2 | |
| [стр. • ] = [Fe Si /] | — 1/4 | 1/4 | 1/2 | 1/4 | 3/4 | 1 | 1/2 | 1 | 5/4 | 3/2 | 7/4 | 2 | |
| [h • ] = [H Me /] | 1/4 | — 1/4 | — 1/2 | 3/4 | 1/4 | 1 | — 1/2 | — 1 | — 1/4 | 1/2 | 5/4 | 2 | |
| [p • ] = [H Me /] | 0 | 0 | 0 | 1/2 | 1 / 2 | 1 | 0 | 0 | 1/2 | 1 | 3/2 | 2 |
Ситуация с клинопироксеном кажется такой же или, возможно, более сложной.Показатель напряжения составляет n = 2,7 ± 0,3, что соответствует моделям ползучести с контролируемым набором высоты, обсуждавшимся в предыдущем тексте. К сожалению, данные о диффузии отсутствуют для сравнения с данными о ползучести. Относительно сильная зависимость скорости деформации от летучести воды, q = 3,0 ± 0,6, в режиме ползучести дислокаций предполагает, что простой контролируемый подъемом механизм не может применяться для высокотемпературной деформации клинопироксена (см. , таблица 2, ). Один из возможных способов согласования этого большого значения показателя летучести воды заключается в следующем: (a) Ползучесть регулируется на подъеме; (b) условие нейтральности заряда задается формулой [h • ] = [H Me /] или [p • ] = [H Me /]; (c) скорость деформации ограничена диффузией Si за счет вакансионного механизма с участием ассоциата дефектов {4p • — V Si //// } × ≡ (4H) Si × ; и (d) дислокации недонасыщены ступеньками, в концентрации которых преобладают нейтральные ступеньки, связанные с протонами, {j × –p • } • , как в уравнениях [62] и [63].Эти сценарии дают показатель летучести воды для скорости деформации 2¾ и 2½, оба в пределах экспериментальной неопределенности измеренного значения. Очевидно, что диффузионные данные имеют решающее значение для более полного развития аргументов этого типа.
Как видно из ранее упомянутого анализа данных о высокотемпературной ползучести оливина и клинопироксена, однозначная идентификация механизма ползучести в лучшем случае затруднена. Сложность возникает из-за того, что задействовано несколько ионных частиц и типов дефектов, в том числе некоторые из следующих: Si, O, Me, вакансии, междоузлия, дислокации, изломы и перегибы.По крайней мере, требуются надежные результаты диффузии для всех составляющих ионных частиц, включая не только величину коэффициента диффузии, но также и зависимость коэффициента диффузии от температуры, летучести воды и других термодинамических параметров. Тем не менее, применение реологических данных для понимания и моделирования динамики мантии в меньшей степени полагается на подробные модели процессов ползучести и больше на надежные экспериментальные результаты, которые можно экстраполировать из лабораторных в геологические условия.
Силикатные структуры, несоцикло- и соросиликаты
Соросиликаты
Соросиликаты представляют собой двойные островные силикаты. Только Такую структуру имеет одна важная группа минералов — группа эпидота.
Эпидот, клиноцоизит, цоизит
Важными минералами в группе эпидота являются эпидот, клиноцоизит и цоизит. Поскольку соросиликаты основаны на Si 2 O 7 -6 группа, структурная формула можно записать как:
Ca 2 (Al, Fe +3 ) Al 2 O (SiO 4 ) (Si 2 O 7 ) (OH)
Таким образом, группа эпидота содержит как двойные тетраэдры и одиночный тетраэдр, разделенные группами AlO 6 октаэдры и Са в 9-10-кратной координации с Кислородом или ОН.
The формулу можно переписать как:
Ca 2 (Al, Fe +3 ) Al 2 Si 3 O 12 (OH)
Эпидот — это богатый железом сорт, имеющий вышеуказанную общую формулу. Клиноцоизит — разновидность, не содержащая железа. с химической формулой:
Ca 2 Al 3 Si 3 O 12 (OH)
И клиноцоизит, и эпидот моноклинны. (2 / м).Цоизит имеет ту же химическую формулу, что и клиноцоизит, но ромбический.
Эпидот обычно фисташковый в цвет с идеальным декольте {001} и несовершенным {100} декольте. Это оптически отрицательный с 2V от 64 до 90 o . Обычно это показывает плеохроизм с α — от бесцветного до бледного желтый, β — зеленовато-желтый, γ — желтовато-зеленый, с высоким рельефом относительно полевых шпатов и кварц. Его двулучепреломление достаточно высокое, чтобы показать порядок 3 rd цвета интерференции.Обычно он показывает аномальное синее вымирание.
клиноцоизит рельеф и расщепление похожи на эпидот, но оптически отрицательный с 2V от 14 до 90 o , плеохроизма отсутствует, двойное лучепреломление ниже (От 1 до 2 и заказать интерференционные цвета). Цоизит — это похож на клиноцоизит, за исключением того, что он покажет параллельное вымирание относительно к граням, параллельным кристаллографическим осям.
Эпидот является обычным минералом в низкосортных метаморфических породах, особенно метаморфизованные вулканические породы и метасланцы с высоким содержанием железа и алюминия.Оба Клиноцоизит и эпидот встречаются как продукты гидротермальных изменений. плагиоклаз и жилы в гранитных породах.
Силикатные минералы: химическая классификация и примеры — стенограмма видео и урока
Силикатные минералы
Итак, мы установили, что силикатные минералы наиболее распространены, и они содержат кремний и кислород. Что еще нам нужно знать о силикатах? Что ж, у всех силикатов есть один и тот же фундаментальный строительный блок, и это кремний-кислородный тетраэдр .Это полный рот!
Кремний-кислородный тетраэдр образует отрицательный ион, содержащий четыре атома кислорода, окружающих меньший атом кремния, как показано выше. Он имеет молекулярную формулу (SiO4) 4-, все с отрицательным зарядом 4. Силикатные минералы состоят из миллионов этих строительных блоков, соединенных вместе различными способами.
Некоторые тетраэдры расположены независимо внутри минерала, например, оливиновая группа силикатов.Амфиболы и пироксены расположены в виде длинных цепочек тетраэдров. Слюды расположены в виде листов тетраэдров. Наконец, что не менее важно, полевой шпат и кварц образованы трехмерным расположением тетраэдров.
Группы тетраэдров удерживаются вместе положительно заряженными ионами; то есть катионы, такие как железо, магний, калий, натрий и кальций. Как мы кратко обсудим, силикаты можно идентифицировать по расположению тетраэдров и катионов, присутствующих в минерале.
Большинство силикатов образуются при охлаждении и кристаллизации расплавленной породы. Условия и окружающая среда, в которой происходит охлаждение, будут определять тип образовавшегося силиката. Некоторые силикаты, например, кварц, образуются у поверхности земли, где низкая температура и низкое давление. Другие силикаты, такие как оливин, образуются глубже в условиях более высокой температуры и более высокого давления.
Химический состав расплавленной породы также помогает определить образовавшийся минерал; то есть окружающая среда.Например, расплавленная порода, содержащая магний и железо, может образовывать минералы группы оливина, в то время как кварц образуется из расплавленной породы, состоящей только из кремния и кислорода, то есть кремний-кислородных тетраэдров.
Полевой шпат и кварц
Полевой шпат — самый распространенный силикатный минерал, составляющий более половины земной коры. Полевые шпаты отличаются трехмерным расположением тетраэдров, удерживаемых вместе различными катионами.Они названы в честь присутствующего катиона; например, калиевый полевой шпат содержит калий.
Кварц — второй по распространенности минерал в земной коре, и это единственный распространенный минерал, полностью состоящий из кремния и кислорода. Теперь, как и полевой шпат, кварц состоит из трехмерного расположения тетраэдров, но в нем отсутствуют катионы.
Прочие силикаты
В то время как полевые шпаты и кварц составляют основную часть силикатов и, следовательно, основную массу земной коры, важны другие менее распространенные силикаты.Например, слюды , такие как мусковит, характеризуются расположением тетраэдров в виде листов. Следовательно, слюду можно расколоть на тонкие листы материала, поскольку связи, удерживающие вместе группы тетраэдров, не так прочны, как связи, удерживающие кремний и кислород вместе внутри тетраэдра. Амфиболы , такие как роговая обманка, обнаруженная в граните, образованы цепочками тетраэдров. Итак, группа оливина , как упоминалось ранее, состоит из миллионов независимых тетраэдров.
Краткое содержание урока
Таким образом, большинство минералов, составляющих поверхность земли, — это силикаты , , и они состоят из строительного блока, который мы называем кремний-кислородным тетраэдром (SiO4) 4-. Окружающая среда и условия, при которых кристаллизуется расплавленная порода, будут определять тип образовавшегося силиката. Силикаты могут образовывать независимые тетраэдры, цепочечные тетраэдры, листовые тетраэдры и, наконец, трехмерные тетраэдры.
Расположение тетраэдров удерживается вместе такими катионами, как калий, железо, кальций и магний.Ваш полевой шпат и кварц — самые распространенные силикаты, составляющие 75% земной коры. Наконец, менее распространенные силикаты включают слюды , амфиболов и группу оливина .
Результаты обучения
После этого урока вы будете иметь возможность:
- определять наиболее распространенные минералы земной коры
- Опишите структуру и важность кремний-кислородных тетраэдров
- Объясните, как эти тетраэдры удерживаются вместе
- Перечислите два самых распространенных силиката, а также несколько менее распространенных
Сравнение силикатных и несиликатных минералов — стенограмма видео и урока
Силикаты
Каждый силикат содержит атомы кислорода и кремния; вот что делает их особенными.Однако это не просто атомы кислорода и кремния. Фактически, эта конкретная молекула имеет форму пирамиды. Представьте себе атом кремния, окруженный пирамидой из четырех атомов кислорода, причем каждая сторона молекулы выглядит как треугольник. Название этой молекулы — кремний-кислородный тетраэдр , что означает, что это четырехсторонняя молекула кремния и кислорода. Теперь с такой регулярной молекулярной структурой кремний-кислородный тетраэдр очень склонен к образованию кристаллов. Кроме того, вся эта молекула имеет отрицательный заряд, что означает, что это анион.Поэтому мы часто называем полученный минерал любым положительным ионом (или катионом), который соединен с силикатным анионом.
Примеры силикатов
Это наиболее верно для полевых шпатов , которые являются наиболее распространенным типом силикатов, встречающихся на Земле. Например, в калиевом полевом шпате кристалл часто бывает очень непрозрачным и действительно напоминает кристалл только тем, насколько чисто он режет. Между тем, кварц гораздо более прозрачен и состоит только из кремния и кислорода.Тем не менее, не каждый силикат образует кристалл по образцу кварца. Возьмем, к примеру, mica . Этот минерал образует крупные пластинчатые кристаллы. Это помогает сделать его относительно мягким камнем. Это потому, что листы слюды скрепляются относительно слабыми связями.
Несиликаты
Как я уже сказал, силикаты составляют подавляющее большинство минералов на Земле. Но это не значит, что все остальное неважно. Единственное требование для того, чтобы быть несиликатным, — это то, что молекулярная структура не может содержать кремний.Тем не менее, это оставляет небольшую потенциальную возможность для получаемых несиликатов. В результате мы склонны группировать несиликаты в шесть групп, каждая из которых основана на том, какой основной ион находится в общем между другими минералами в группе.
Примеры несиликатов
Вы когда-нибудь восхищались мраморным полом? Или, может быть, вы очарованы известняком, которым были покрыты пирамиды в Гизе? Может быть, вам нравится заниматься подводным плаванием с аквалангом, и вам нравится внешний вид коралловых рифов.Если это так, то вы обнаружили, что смотрите на наиболее распространенную форму несиликатов: карбонаты. Карбонаты все связаны наличием молекулы карбоната. Молекулы карбоната включают один атом углерода, связанный с 3 атомами кислорода. Одна из молекул кислорода имеет двойную связь, но в целом молекула имеет отрицательный заряд. Это означает, что карбонаты легко связываются с другими атомами и молекулами. Фактически, мрамор, известняк и коралловые рифы состоят из карбоната кальция, как и жемчуг, раковины улиток и даже скорлупы яиц.
Тем не менее, существуют и другие важные несиликатные минералы. Может быть, вы думали купить маме что-нибудь с сапфирами или рубинами на день рождения? В этом случае вы бы купили что-нибудь с оксидом ионом , другим типом несиликата, образованным ионами кислорода. Вы живете в доме или в квартире? Хотя я не могу сказать это с абсолютной уверенностью, поскольку некоторые люди живут в очень старых домах, но если в вашем доме есть гипсокартон, скорее всего, он сделан из сульфата, а именно из гипса.Подобно тому, как карбонат включает молекулу углерода и кислорода, сульфаты включают молекулы серы и кислорода. Однако иногда в игру вступают и другие молекулы, образованные серой. Они известны как сульфиды и включают пирит, также известный как золото дураков.
Надеюсь, ты не был настолько глуп, чтобы испытать золото дураков, кусая его. В противном случае вы, скорее всего, повредите свои зубы, которые частично состоят из апатита. Апатит является примером минерала, образованного ионом фосфата .Ионы фосфата включают атом фосфата с четырьмя атомами кислорода. Наконец, наверняка в вашей жизни была соль, не так ли? Безусловно, поскольку хлорид натрия необходим для существования жизни. В этом случае у вас был галогенид . Галогениды образуются, когда минерал состоит из одного из ионов галогенидной группы, а именно фторида, хлорида, бромида и йодида.
Краткое содержание урока
В этом уроке мы рассмотрели разницу между силикатными и несиликатными минералами. Хотя существует более 4000 минералов, геологи используют эту предварительную классификацию, чтобы объяснить состав Земли. Силикатные минералы гораздо более распространены, составляя более 90% Земли. К ним относятся полевой шпат , а также кварц и слюда . Кроме того, несиликатных минерала составляют последние десять процентов или около того. К ним относятся карбонатов, , таких как известняк и мрамор, сульфатов, , таких как гипс, и галогенидов, , таких как поваренная соль.
| Лекционный экзамен № 5 будет включать концепции на A – D А.Введение — силикатов — самый распространенный класс минералов. включает 75% всех известных минералов и 40% всех распространенных минералов -по сути все магматические породы, все метаморфические породы, кроме одной, и многие осадочные породы состоят только из силикатных минералов (основные минералы) -Связь Si-O — мезодесмическая , позволяющая полимеризацию или связывание из строительного блока из силикаты, кремний кислород тетраэдр — тетраэдры могут быть разделены напрямую и обычно общие точки, а не края и углы из-за сильного отталкивания атомов Si +4 — если Al +3 ионно заменяет Si +4 , разделяет ребра между тетраэдрами Si и Al может существует с между этими ионы — различные виды прямых связей из них тетраэдрических единиц является основой подразделения силикатов на подклассы — эти будет подробно обсуждается ниже — тетраэдры единицы, в свою очередь, связаны через другие виды многогранников в минерал Б.Общая химическая формула силикатов X м Y n (Z p O q ) W r , Y = катионы со средним ионным радиусом и 2-4 числами валентности, образующие C.№ Z = катионы с малыми ионными радиусами и большими валентными числами (3 или 4), образующие w = обычно OH -1 , F -1 или Cl -1 или эквивалент p, q, m, n, r = индексы, используемые для поддержания электронейтральности p, q = числа, используемые для поддержания электронейтральности, а p: q (отношение) определяет
подкласс Ниже представлена таблица общих элементов в силикатах с некоторыми из
вышеупомянутый |
Силикаты — простой справочник по породообразующим минералам Земли
В то время как старшеклассникам преподают химию на простых примерах неорганических и органических веществ, очень немногие из них знакомятся с химией самой распространенной группы химических веществ на Земле — силикатной группы минералов.Силикатные минералы можно использовать для изучения связей, кристаллической структуры, различий химии в зависимости от температуры, физических свойств и многого другого. Так что же такого особенного в силикатах?
Несмотря на то, что у силикатных минералов нет систематических соглашений об именах, таких как соединения углерода, они следуют систематической структурной системе — от простых единичных единиц до сложных структур, которые могут облегчить понимание удивительного разнообразия минералов для учащихся.
Но давайте вернемся к основным строительным блокам силикатов.
Элементы земной корыСредний состав земной коры, рассчитанный в граммах на тонну, дает следующие элементы в порядке их содержания:
Кислород 46,6%
Кремний 27,7%
Алюминий 8,1%
Железо 5,0%
Кальций 3,6%
Натрий 2,8%
Калий 2,6%
Магний 2,1%
Это означает, что большинство минералов должно состоять из комбинации кислорода и кремния, а другие элементы действуют как связывающие катионы.
Кремний- Кремний — неметаллический элемент
- Он имеет четыре электрона во внешней оболочке, т.е. валентность 4
- Это полупроводник
- В природе не встречается в свободной форме
- Это маленький атом по сравнению с кислородом
Его структуру можно смоделировать так:
Силикаты — строительные блокиВзяв атомы кремния и объединив их с другим обильным элементом — кислородом, мы получим основной строительный блок, известный как кремниевый тетраэдр .Эта структура включает четыре атома кислорода, связанных с одним атомом кремния. Размер иона кремния (радиус = 0,39 Å) и размер иона кислорода (радиус = 1,40 Å) таковы, что атом кремния находится в окружении атомов кислорода в форме треугольной пирамиды, и почему название «тетраэдр», если дано для конструкции.
Поскольку каждый кислород в тетраэдре имеет свободный участок связи, тетраэдр может связываться либо с другим тетраэдром, либо с ионом металла. Именно эта способность позволяет образовывать множество силикатных минералов.
Например, если один тетраэдр окружен атомами железа и магния, вы получите минерал с простейшей силикатной структурой, называемой несиликатом. Примером несиликатов являются оливины. Количество железа в магний может изменяться от 100% Mg до 100% Fe. Это означает, что оливин представляет собой группу минералов (группа оливина), конечными членами которой являются форстерит (Mg2SiO4) и фаялит (Fe2SiO4).
На другом конце силикатного спектра каждый тетраэдр соединяется с другим, образуя полный каркас из атомов SiO2 — минерал кварц.
Между тем, у нас есть прогресс —
Одиночный тетраэдр — например, Olivine
Двойные тетраэдры — например, Эпидот
Кольца тетраэдров — например, Турмалин и изумруд
Одиночные цепи тетраэдров — например, Пироксены
Двойные цепи тетраэдров — например, Амфиболы
Листы — например, Фреймворки Micas
— например, Кварц Введите алюминий!
Эта простая классификация силикатов дополнительно осложняется заменой некоторых атомов кремния атомами алюминия.Это может происходить из-за схожести размеров двух атомов. Алюминий может протискиваться между кислородом и заменять кремний, но вызывает два изменения минеральной структуры:
1. Небольшая разница в размерах изменяет расположение атомов в структуре, а
2. Более низкая валентность от Al3 + к Si4 + оставляет общий отрицательный заряд на тетраэдре.
Первое изменение проявляется в зонах слабости минерала, называемых расщеплением, по которым минерал раскалывается.Второй позволяет ввести в структуру дополнительные катионы.
Например, формула каркасных силикатов (то есть минерала Кварц) — SiO2. Если атом алюминия заменяет атом кремнезема, строительным блоком становится AlSi3O8-. Этот отрицательный заряд позволяет катиону металла вписаться в структуру, а в случае полевого шпата катионами являются либо калий (K), либо натрий (Na), либо кальций (Ca), либо комбинация этих катионов. Конечными членами группы являются ортоклаз (KaAlSi3O8), альбит (NaAlSi3O8) и анортит (CaAl2Si2O8).Небольшое изменение химического состава придает полевым шпатам уникальное расщепление.
Еще немного о силикатных минералах….
Выветривание
ВыветриваниеКогда горные породы (магматические, осадочные или метаморфические) находятся на поверхности земли или вблизи нее, они подвергаются процессам выветривания.
В механическое выветривание породы разбиты на более мелкие части в результате заклинивания (замерзания и оттаивания воды внутри трещин в породе), заклинивания корней (корни деревьев и других растений врастают в трещины) и истирания, вызванного: например, пескоструйная очистка скалы путем выдувания песка в пустыне или очистка водой песка, гравия и валунов по основанию горного ручья.Механическое выветривание разбивает горные породы на все более мелкие части, но без каких-либо иных изменений в минералах.
В результате химического выветривания минерала превращаются в новые минералы и минеральные побочные продукты. Некоторые минералы, такие как галит и кальцит, могут полностью растворяться. Другие, особенно силикатные минералы, изменяются химическим процессом, называемым гидролиз . Гидролиз — это реакция минералов в слабокислой воде. Большинство природных поверхностных вод имеют слабую кислотность, потому что двуокись углерода из воздуха растворяется в воде.Часть растворенного CO2 вступает в реакцию с водой, образуя химическое соединение угольная кислота .
Обычные породы, образующие силикатные минералы (кроме кварца) в результате гидролиза с образованием:
- 1) глинистые минералы
- 2) кремнезем растворимый
- 3) катионы металлов
- 2) кремнезем растворимый
Катионы — это положительно заряженные ионы; ионы — это заряженные атомы, у которых слишком много или слишком мало электронов.Катионы включают ионы железа, магния, алюминия, натрия, калия и кальция, которые вместе с кремнием и кислородом образуют обычные силикатные минералы.
Растворимый кремнезем (H 4 SiO 4 ) и катионы металлов (например, кальций, Ca ++ ; натрий Na + ; железо, Fe +++ ) являются растворенными материалами, которые становятся частью вода, как и растворенные минералы, перечисленные в бутылке с минеральной водой. Глинистые минералы представляют собой очень маленькие (субмикроскопические) твердые частицы.Это листовые силикатные минералы, такие как слюды. Кварц химически выветривается очень и очень медленно из-за его высокой стабильности. В основном он просто разбивается на мелкие, размером с песок и более мелкие частицы.
При полном выветривании силикатных пород получится:
твердых материалов | 1) глины |
2) кварцевый песок (если порода изначально содержала кварц) | |
растворенных веществ | 3) кремнезем растворимый |
4) катионы металлов |
Обломки скал также останутся там, где скалы не полностью выветрились.