Весовой метод определения остаточного содержания термолабильных компонентов

 

Под термином “термолабильные компоненты” принято понимать нестабильные, разлагающиеся под действием температуры с выделением летучих веществ компоненты тех или иных веществ и материалов. В гип­совых материалах - это приведенные выше гидратные формы суль­фа­та кальция, в материалах на основе цемента и извести - кальциевые гидро­силикаты, содержащие кристаллогидратную воду, а также гидроксид кальция, карбо­наты кальция и магния. Очевидно, что, чем выше была темпе­ратура нагрева материала на пожаре и, чем, соответственно, выше степень его термического поражения, тем больше разлагаются указанные компоненты и тем меньше будет убыль массы материала при вторичном его нагреве в ходе анализа.

В органических материалах вещества, удаляющиеся из них при наг­ревании до определенной температуры, называются “летучими вещест­вами” (см. гл. 2, 4, посвященные обгоревшим остаткам ЛКП и древеси­ны). По отношению к неорганическим веществам этот термин был бы не очень корректен; в самом деле, какие летучие вещества в бетоне или кир­пиче? Более удачен, по нашему мнению, термин “термолабильные" (т.е. нестойкие к воздействию температуры) ком­по­ненты, хотя и он, в данном случае, тоже не до конца точен - ведь в ходе анализа определяется содер­жание не всего термолабильного ком­по­нента (например, карбоната каль­ция), а только его удаляющейся при нагреве материала части (СО₂). Таким образом, название данного под­пунк­та нужно понимать не бук­валь­но, а как термин, в определенной сте­пе­ни условный. Можно вместо него применять и другой термин, приня­тый в химии неорганических вяжущих - "потери при прокаливании" (ППП).

Определение остаточного содержания термолабильных компонен­тов или потерь при прокаливании может проводиться на том же обору­довании, что и определение летучих веществ в древесных углях, обго­ревших остат­ках ЛКП и по очень похожей методике. В работе исполь­зуются керамиче­ские тигли N4 с крышками. Перед проведением иссле­дований их прокали­вают в муфельной печи при температуре 800 ⁰С в тече­ние 1 - 1,5 часов. Прока­­ленные тигли остужают в эксикаторе в тече­ние 40-60 минут, взвешивают на лабораторных весах с точностью до 0,0001 г (М₁). Навеску исследуемого материала массой около 1,0 г (М₂) помещают в подго­тов­лен­ные вышеуказанным способом керамические тигли.

Тигли с навесками загружают в муфельную печь, предварительно нагретую до температуры 900 ⁰С, и выдерживают там 2 часа. По исте­чении этого времени тигли с навесками извлекают из печи и помещают в эксикатор для охлаждения до комнатной температуры, после чего их повторно взвешивают (М₃).

При анализе материалов на основе гипса по полученным резуль­татам рассчитывают процентное содержание термолабильных компо­нентов в пробе (в расчете на суммарную массу пробы) по формуле:

 

L₁ = [М₂ - (М₃-М₁)] × 100 / М₂,_. %. (1.71)

 

В том случае, если анализировался материал на основе цементного и известкового вяжущих, целесообразно провести вторую, дополнительную ста­дию анализа. Она позволяет разделить цемент и песок - твердые ком­по­ненты цементного камня или бетона. Первый в результате химической обработки переходит в раствор, второй остается в твердом виде и количество его может быть определено взвешиванием.

На второй стадии анализа в тигель (после завершения указанных выше операций первой стадии) добавляют разбавленную (1:3) соляную кислоту в расчете: 50 мл на 1 г остатка. После того, как видимая реакция (выделение пузырьков газа) закончится, тигли нагревают в течение 10-15 минут при температуре 70 ⁰С и дают содержимому в тиглях отстояться, отделяют остаток декантацией и промывают его горячей водой 3-5 раз. К осадку добавляют 25 мл 5 % раствора соды (NaHCO₃), нагревают в течение 10 минут при температуре 70 ⁰С и фильтруют. Затем промы­вают еще 3-5 раз горячей водой.

Промытый остаток сушат при температуре 105 ⁰С, а затем прока­ливают 10 минут в муфельной печи при температуре 400 ⁰С.

После прокаливания керамический тигель с навеской взвешивают с целью определения массы остатка (М₄).

По полученным результатам рассчитывают процентное содержание термолабильных компонентов в расчете на массу цементного камня в пробе (за вычетом нерастворимого минерального остатка - песка) по формуле:

L₂ = [М₂ - (М₃-М₁)] × 100 / (М₂-М₄),_. %, (1.72)

 

где М₁ - масса тигля;

M₂- масса навески;

М₃- масса навески после прокаливания;

М₄ - масса навески после повторного прокаливания.

Проведение второй стадии анализа повышает точность результатов за счет того, что позволяет вести расчет относительно не всей навески, а раст­воримой ее части, непосредственно содержащей термолабильные компоненты, т.е. за вычетом песка, распределение которого по массе может быть неравномерно.

Весовой метод довольно прост, не требует сложного оборудования и специальной подготовки исполнителей, чем и привлекателен для массового применения. Но и возможности его при исследовании мате­риалов из цементного камня и извести невелики. Общая тенденция умень­шения величины L с повышением температуры нагрева по эксперимен­тальным данным в общем-то прослеживается (рис. 1.93), однако значительный разброс данных относительно средних величин часто перекрывает диапазон температур в 100-200 ⁰С, а иногда и более. Расчет по L₂, как отмечалось выше, несколько снижает разброс данных и позволяет проследить более-менее удовлетворительную корреляцию этого показателя с температурой и длительностью нагрева цементного кам­ня и известкового раствора (рис. 1.94). Данное обстоятельство обеспе­чивает возможность использования весового метода (именно с расчетом L₂) для выявления зон термических поражений цементного камня.

 

Рис. 1.93. Зависимость величины остаточного содержания термолабильных компонентов (L1) от температуры предварительного нагрева цементного камня. Скорость динамического нагрева, град/мин: 1 - 10,0; 2 - 5,0. Охлаждение после нагрева: 3- водой; 4- на воздухе

Рис. 1.94. Зависимость величины остаточного со­дер­жания термолабильных компонентов (L2) от тем­пературы и длительности предварительного изотер­мического нагрева цементного камня

 

Необходимо, однако, отметить, что на силикатном кирпиче этим методом удалось надежно дифференцировать лишь зоны с температурой нагрева от 700 ⁰С и выше [135]. Трудно объяснить причину таких различий в эффективности метода. Возможно, сказывается роль диф­фузионного фактора - в более рыхлых материалах условия для эвакуации продуктов разложения термолабильных компонентов при нагреве более благоприятны.

При исследовании материалов с гипсовым связующим весовой метод дает вполне надежные и воспроизводимые результаты. Они могут быть использованы для выявления зон термических поражений конструк­ций, а также для определения гидратной формы гипса и, соответственно, ориентировочной максимальной температуры его нагрева на пожаре. Вели­чина L₁ около 22 % соответствует дигидрату (теоретическое содер­жание воды в CaSO₄ × 2H₂O - 21 %), плато на кривой рис. 1.95 в области 8-10 % - полугидрату (теорети­ческое содержание воды - 6,2 %); плато около 2 % - ангидриту, в котором вода (теоретически) отсутствует вообще. Два про­цента разности между теорети­ческим и практическим содержа­нием воды в гипсе дает, ве­роят­но, остаточная сорби­ро­ванная вла­га.

Необходимо отме­тить, что пе­реход гидра­та в полугидрат проис­ходит в основном до 100 ⁰С, хотя полностью за­вер­шается при темпе­ра­турах 140-160 ⁰С. Это хорошо видно по дан­ным табл. 1.31.

 

Таблица 1.31

Рис. 1.95. Зависимость величины L1 (% масс.) в пробах гипсового камня от температуры его предварительного нагрева

 

Изменение массы образцов гипсовых плит (% масс.)

⇐ Предыдущая29303132333435363738Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: