АНГИДРИТОВЫЕ КОМПОЗИЦИИ, МОДИФИЦИРОВАННЫЕ МИКРОКРЕМНЕЗЕМОМ И ПОРТЛАНДЦЕМЕНТОМ. ВКР. Обзор существующих композиций минеральных вяжущих на основе сульфата кальция 6
 Скачать 1.73 Mb.
|
3.3 Квантово-химическое моделирование процессов при модификации ангидритового вяжущегоРасчет молекулярных объектов с помощью пакета программ HyperChem может быть осуществлен полуэмпирическим методом квантово-химических расчетов ZINDO/1. Данный метод является вариантом метода INDO. Он адаптирован для проведения расчетов молекул, которые включают атомы переходных элементов. Эквивалентен последней версии метода INDO/1, который отличается от оригинала использованием постоянных орбитальных экспонент. ZINDO/1 позволяет рассчитывать энергетику и геометрию молекул, которые содержат переходные металлы. Основой моделирования служит матрица на основе сульфата кальция (минерал ангидрит – CaSO4). На рис. 12 представлена модель молекулы сульфата кальция; в таблице 10 приведены значения длин связей.   Рис. 12. Молекула CaSO4: (а) – до оптимизации; (б) – после оптимизации Таблица 10 Характеристики связей в молекуле CaSO4
В качестве добавок применяются микрокремнезем (основной компонент – оксид кремния SiO2) и портландцемент (основной компонент – трехкальциевый силикат 3CaO∙SiO2). На рис. 13 представлена модель молекулы оксида кремния, входящего в состав микрокремнезема; в таблице 11 приведены значения длин связей.   Рис. 13. Молекула SiO2: (а) – до оптимизации; (б) – после оптимизации Таблица 11 Характеристики связей в молекуле SiO2
На рис. 14 представлена модель трехкальциевого силиката, входящего в состав портландцемента; в таблице 12 приведены значения длин связей и валентных углов.   Рис. 14. Молекула 3CaO∙SiO2: (а) – до оптимизации; (б) – после оптимизации Таблица 12 Характеристики связей в молекуле 3CaO∙SiO2
При приготовлении вяжущего имеет место следующий порядок действий: 1. Добавление модификаторов в воду, перемешивание; 2. Добавление гипса, перемешивание. Далее представлены модели, отражающие взаимодействие компонентов. На рис. 15 приведена модель, отражающая взаимодействие микрокремнезема и портландцемента с водой. В таблице 13 приведены значения длин химической связи в соединениях, полученные в результате их взаимодействия. Таблица 13 Характеристика связей в молекулах модификаторов после взаимодействия
  Рис. 15. Взаимодействие добавок с водой после оптимизации Наблюдается значительное увеличение длин связей в молекулах воды, что свидетельствует о разрыве данных связей. При контакте портландцемента с водой происходит формирование гидросиликата кальция и гидроксида кальция, о чем говорит увеличение длин связей в молекуле цементного минерала и присоединение к ней атомов водорода (среднее расстояние между атомами водорода в молекуле воды и атомами кремния составляет 1,87222 А). Реакция взаимодействия трехкальциевого силиката и воды выглядит следующим образом: 3CaO·SiO2 + 2H2O → Ca2SiO4·H2O + Ca(OH)2 Кроме того, наблюдается взаимодействие оксида кремния с водой, о чем говорит увеличение длин связей между атомами в молекуле SiO2 и уменьшение расстояния между ней и атомами водорода в молекуле воды. Реакция взаимодействия следующая: SiO2 + H2O → H2SiO3 Также, вероятно, происходит взаимодействие частиц пыли с минералом портландцемента, о чем говорит уменьшение расстояния между молекулами данных веществ. Измельченный ангидритовый камень всыпают в воду с растворенными в ней модификаторами. На рис. 16 приведена модель, отражающая взаимодействие ангидрита с оксидом кремния и портландцементом при контакте с водой.     Рис. 16. Взаимодействие ангидритовой матрицы с добавками и водой В таблице 14 приведены значения длин химической связи в соединениях, полученные в результате их взаимодействия. Таблица 14 Характеристика связей в молекулах ангидрита и модификаторов после взаимодействия
При добавлении сульфата кальция наблюдается соединение атомов веществ в плотную структуру. Расстояние между атомами в молекуле CaSO4 и атомами в молекуле SiO2 составляет примерно 1,26542 А; между атомами, входящими в состав портландцемента, и атомами в молекуле CaSO4 – 1,16778 А. Происходит разрыв связей с кислородом. Длина связей в молекуле сульфата кальция изменяется несильно, что говорит о прочности структуры. Таким образом, при добавлении портландцемента и микрокремнезема к вяжущему теоретически возможно повышение прочностных характеристик. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||