Контрольная работа по"Металлургии"

Особенности получения, свойства и применение силикатного  стекла

Силикатное стекло - растворы щелочных силикатов натрия и калия - являются представителями обширного класса водорастворимых силикатов и жидких стекол, выпускаемых в промышленных масштабах.

В соответствии с действующей нормативно-технической  документацией в нашей стране выпускаются "стекло натриевое жидкое", "стекло калиевое жидкое", а также  смешанные калиево-натриевые и  натриево-калиевые жидкие стекла. Другие виды жидких стекол выпускаются по временным техническим условиям и стандартам предприятий.

Промышленностью нашей страны выпускаются  в основном натриевые жидкие стекла, в меньших масштабах производятся калиевые жидкие стекла, а литиевые и жидкие стекла на основе четвертичного  аммония выпускаются в виде отдельных опытных партий.

Натриевые жидкие стекла обычно выпускают  в пределах значений силикатного  модуля от 2,0 до 3,5 при плотности растворов  от 1,3 до 1,6 г/см3 . Калиевые жидкие стекла характеризуются значениями силикатного  модуля 2,8-4,0 при плотности 1,25-1,40 г/см3.

Жидкое стекло принято характеризовать: по виду щелочного катиона (натриевые, калиевые, литиевые, четвертичного  аммония); по массовому или мольному соотношению в стекле SiO2 и M2О (где  М- это K , Na, Li или четвертичный аммоний), причем мольное соотношение SiO2/M2O принято называть силикатным модулем жидкого стекла n; по абсолютному содержанию в жидком стекле SiO2 и M2O в масс.%; по сстодержанию примесных оксидов Al2O3 , Fe2O3, CaO , MgO, SO3 и др.; по плотности растворов жидкого стекла (г/см3). Химический состав жидких стекол характеризуют по содержанию кремнозема и других оксидов, независимо от конкретной формы их существования в растворе. В некоторых странах в характеристику жидких стекол включают также значение вязкости в растворе.

Практическое использование жидких стекол осуществляется по одному из трех направлений. Первое направление связано  с проявлением жидким стеклом  вяжущих свойств - способности к  самопроизвольному отвердеванию с  образованием искусственного силикатного камня. Уникальной способностью жидкого стекла являются также его высокие адгезионные свойства к подложкам различной химической природы. В этих случаях жидкое стекло выступает в качестве химической связки для склеивания различных материалов, изготовления покрытий и производства композиционных материалов широкого назначения.

Второе направление предусматривает  применение жидких стекол в качестве источника растворимого кремнозема, т.е. исходного сырьевого компонента для синтеза различных кремнеземсодержащих веществ - силикагеля, белой сажи, цеолитов, катализаторов, золя кремнезема и др.

Третья область относится к  применению силикатов щелочных металлов в качестве химических компонентов  в составе различных веществ. Это направление предусматривает  использование жидкого стекла в синтетических моющих средствах, для отбелки и окраски тканей, при производстве бумаги.

Современные области применения жидких стекол в промышленности и строительстве  обширны. Они охватывают машиностроение (связующие для литейных формовочных смесей и противопригарных красок), целлюлозно-бумажную промышленность (пропитка бумажной массы, склеивание), производство жароупорных материалов (растворы и бетоны), кислотоупорных материалов, катализаторов, цеолитов, силикагеля, белой сажи, синтетических моющих средств, производство электросварочных материалов (штучных сварочных электродов и керамических флюсов), силикатных лакокрасочных материалов, приготовление инъекционных составов для укрепления грунтов при строительстве и т.д.

Область применения: В строительстве и для гидроизоляции, приготовления водостойких, жаростойких и кислотостойких бетонов. В качестве добавки к стройматериалам повышает их долговечность, прочность, огнеупорность, атмосферостойкость. Для пропитки деревянных изделий и тканей с целью придания им большей плотности и огнеустойчивости. В качестве защитного средства при обрезке и ранении деревьев. Для грунтования бетонных, кирпичных, оштукатуренных деревянных поверхностей, гидроизоляции емкостей и бассейнов. Для склеивания изделий из дерева, бумаги, картона, стекла, фарфора, кожи, тканей, а также приклеивания облицовочных плиток и линолеума на любые виды поверхности. Может использоваться как самостоятельный продукт, а также в комбинации с другими материалами. Применяется в качестве моющего, чистящего средства. Используется в мыловаренной, жировой, химической, текстильной и бумажной промышленности. Является экологически чистым антисептиком (препятствует образованию плесени, гнили, грибков).

Перед применением перемешать, в  качестве рабочего инструмента использовать кисть, валик или щетку. Поверхность, ранее покрытая различного рода загрязнениями, должна быть предварительно очищена, деревянные поверхности зачистить наждачной бумагой. При приклеивании нанести на склеиваемые поверхности и слегка прижать. При добавлении в цементные растворы тщательно перемешать полученную смесь. После работы руки и инструмент промыть водой.

•в качестве грунтовки для поверхности стяжки: жидкое стекло и цемент смешать в соотношении 1: 1.

•в качестве гидроизоляции для бетонных колодцев: обработать стенки колодца жидким стеклом, затем покрыть раствором жидкого стекла, цемента и песка в соотношении 1: 1: 1. Особое внимание при гидроизоляции следует обратить на места стыков бетонных колец.

•для приготовления водостойкой штукатурки: смешать цемент и песок в соотношении 1: 2,5 и развести полученную смесь 15% раствором жидкого стекла.

•для приготовления раствора для кладки и ремонта наружных частей дымовых труб, печей и каминов: смешать цемент и песок в соотношении 1: 3 и развести полученную смесь 10-15% раствором жидкого стекла.

•для гидроизоляции стен, полов, перекрытий, подвальных помещений, устройства бассейнов и других гидроизоляционных работ раствор готовится из соотношения: жидкое стекло 1 часть - бетонного раствора 10 частей: литр жидкого стекла на 10 л раствора.

•в качестве клея - 200-400 г на 1 м2,

•для чистки посуды (кастрюли, сковороды и т.п.), приготовить раствор из соотношения: жидкое стекло - вода 1 к 25, затем прокипятить посуду в этом растворе.

•Для склеивания стекла и ремонта аквариумов.

Другие применения: пропитка известковых строительных материалов, цементных и бетонных изделий, деревянных изделий для увеличения их прочности. Приготовление замазок для водопроводных труб. Удаление старых лаковых и масляных красок. Изготовление силикатных красок (смесь жидкого стекла с различными красителями). Предотвращение коррозии металлов (жидкое стекло+цементный порошок, затем покраска). Предотвращение образования и удаление накипи. Удаление грязных, масляных и жирных пятен с одежды.

Использование жидкого стекла в качестве ускорителя твердения цементов

Растворимое жидкое стекло (натриевое) так же как и сода, сильно ускоряет процессы твердения цементов. Растворимое  стекло представляет собой коллоидный раствор натриевых силикатов в воде. По своему воздействию на цементные композиции натриевое и калиевые растворимые стекла аналогичны.

Химический состав натриевого растворимого стекла может быть выражен формулой:

Na2O x nSiO2 + mH2O

Из неё видно, что оно (растворимое  стекло) не имеет постоянного состава, и соотношение между отдельными составными частями может меняться. Отношение: SiO2: Na2O = M, показывающее, сколько кремнекислоты приходится на единицу окиси натрия, называется силикатным модулем стекла. Величина его обычно колеблется в пределах от 2.2 до 3.5. Чаще всего производится и встречается стекло с модулем 2.6 - 2.8.

Количество воды может быть самым  неопределенным. В зависимости от этого в коллоидном растворе растворимого стекла меняется его консистенция - "плотность", измеряемая градусами шкалы Боме или показаниями удельного веса. Заводы обычно отпускают растворимое стекло плотностью 40 - 50оBe (плотностью 1.38 - 1.50), и затем на месте работ оно разбавляется водой до нужной концентрации.

При добавлении растворимого стекла к воде, идущей на затворение цемента, его сроки схватывания сильно сокращаются (см. Таблица 64-1). Обусловлено это тем, что в результате химической реакции между щелочным силикатом (жидкое стекло) и составными частями цементного клинкера (гидроалюминат кальция) образуются коллоидные гидросиликат кальция и алюминат натрия по уравнению:

3Na2O x SiO2 + 3CaO x Al2O3 x nH2O = 3CaSiO3 x nH2O + 3Na2O x Al2O3

Именно образующийся в составе  бетона алюминат натрия и является очень сильным ускорителем его  схватывания. Кроме того, проходит еще одна реакция, между жидким стеклом и известью, находящейся в цементе c образованием силиката кальция:

Na2O x 2SiO2 + CaO = Na2O x SiO2 + CaSiO3

Силикат кальция очень прочный и плотный материал. Пористый кусок, например, негашеной извести, обработанный раствором жидкого стекла, становится настолько плотным и прочным, что его можно полировать. Отлагаясь в порах твердеющего камня, силикат кальция, придает ему повышенную плотность и водонепроницаемость.

Вот эта совокупность свойств - ускорение схватывания бетона от образования алюмината натрия и пониженная проницаемость порового пространства, за счет кольматирующего действия силиката кальция и обусловило очень широкое применение жидкого стекла в качестве добавки для получения водонепроницаемого бетона для аварийных работ - заделка протечек, зачеканка швов и т.д.

Влияние добавки растворимого стекла на сроки схватывания цемента.

О характере влияния растворимого стекла на прочность, можно судить из последующей

Таблицы:

Влияние добавок растворимого стекла на прочность в % от бездобавочного

(для цементно-песчаного раствора  пропорции 1:3 и В/Ц=0.58)