В работах [25, 131] достаточно подробно анализируется механизм уплотнения бетонов па основе жидкого стекла. При этом под уплотнением понимается способность силикатного материала после добавки полимера препятствовать проникновению через них растворов кислот, а механизм уплотнения рассматривается исходя из современных представлений о твердении силикатных систем па основе растворимых щелочных силикатов.

Жидкостекольные композиции, как известно, являются гетерогенными системами и до, и после отверждения, причем малоустойчивыми. Обладая большим запасом свободной поверхностной энергии, силикатные системы самопроизвольно отдают часть свободной энергии, совершая работу но сжатию системы. При этом уменьшается суммарная поверхность дисперсной фазы, и система переходит в более устойчивую форму. Как известно, наиболее устойчива система с выпавшим осадком дисперсной фазы. Процессу выпадания осадка предшествует процесс образования геля и агрегации.

С энергетической точки зрения самопроизвольный процесс агрегации коллоидных систем выгоден, так как устанавливается равновесие за счет запаса энергии свободной поверхности. При этом система сжимается, выдавливая растворитель, являющийся носителем большого запаса поверхностной энергии. Процессы, связанные с обжатием и выдавливанием растворителя, приводят к образованию микро- и макродефектов в твердеющих силикатных системах. Отсюда разрыхлен»ость и пористость структуры.

Для уменьшения количества дефектов в структуре искусственного силикатного камня необходимо по возможности ограничить процесс сиперезиса, гидрофобизи-ровать систему, закрыть сквозные норы и связать излишки воды. Введение фурановых, фенольпых и других полимеров способствует диспергированию жидкого стекла, крупные структурные элементы размером (20 -30) X ХЮ-7 мкм дробятся на более мелкие, не превышающие 3-10~7 мкм. Такая структура сохраняется и после отверждения, причем эффект диспергирования проявляется не только в том, что исчезают крупные структурные элементы и сопутствующие им крупные норы, по и в существенном снижении внутренних напряжений в системе.

В полимерсиликатиых системах процесс твердения качественно не отличается от процесса твердения силикатных систем без добавок полимеров: гель- агрегация дисперсной фазы—*-уплотнение геля с возможной перекристаллизацией SiOY Однако количественная характеристика отдельных этапов процесса превращения силикагеля, очевидно, будет значительно изменяться, если в силикатную систему вводить фуриловый спирт или фурфурол. Эти добавки практически не меняют скорости образования геля в полимерсиликатиой системе. Полимерные добавки, обволакивая частицы геля, препятствуют их сближению — агрегации. Такое явление в коллоидной химии называют «защитным действием» гидрозолей.

Так как полимерная добавка препятствует сближению частиц геля, то сжатие системы, а следовательно, и выделение воды из геля ограничивается, и усадка композиции значительно уменьшается. Обычно полимерная добавка «водится в количестве 3—5% но массе жидкого стекла, и этого количества не хватает на полное обволакивание частиц геля. Следовательно, процесс агрегации происходит, но не столь активно.

Обволакивание частиц кремнегеля полимерными добавками происходит сорбционпо, т. е. фуриловый спирт и фурфурол имеют концевые полярные группы ОН и СНО соответственно, которыми они ориентируются в сторону кремнегеля. Радикалы этих полимерных добавок, обладающие гидрофобными свойствами, ориентируются наружу. Такая ориентация полимерных добавок вызываем эффект гидрофобизации системы и увеличивает плотность композиции.

Важным свойством фурилового спирта, фурфурола и других органических соединений с активными радикалами является их способность отверждаться кислотами. Поэтому при действии растворов кислот добавки поли-меризуются, что приводит к дополнительному уплотнению системы.

Таким образом, механизм уплотнения полимерсили-катпых бетонов при введении фурилового спирта или фурфурола можно рассматривать как результат нескольких процессов: диспергирования жидкого стекла, защитного действия кремнегеля от чрезмерного обжатия, гидрофобизации и полимеризации (ноликонденсации) добавок под воздействием растворов кислот.

Описанный механизм уплотнения нолимерсиликатов не раскрывает многих физико-химических процессов, происходящих на границе раздела фаз. Однако даже такое упрошенное объяснение позволяет ответить на вопрос, каким образом добавки в количестве 3—5% по массе жидкого стекла обеспечивают практическую непроницаемость нолимерсиликатных бетонов для растворов кислот. Максимальная проницаемость за длительное время составляет 3—5 мм в зависимости от концентрации кислот. При этом чем выше концентрация кислоты, тем меньше глубина проницаемости.

Полимерсиликатпые бетоны состоят из вяжущего, от-вердителя, полимерной добавки, наполнителя и заполнителя. В качестве вяжущего применяют водорастворимое натриевое или калиевое стекло плотностью 1,38—1,4. От-вердителсм в большинстве случаев является технический кремнефтористый натрий.

Наполнителями и заполнителями служат природные или искусственные материалы с кислотостойкостыо не ниже 90%. в частности диабазы, базальты, граниты, андезиты, кислые шлаки, аглопорит и др. Полимерсили-каты в зависимости от гранулометрического состава наполнителей и заполнителей могут быть приготовлены в виде мастик, растворов или бетонов.

В качестве полимерных добавок могут быть использованы такие соединения, которые хорошо совмещаются с жидким стеклом и отверждаются кислотами — по возможности малолетучими:

Составы полимерсиликатиого бетона подбирают исходя из условий наименьшего расхода жидкого стекла, соблюдения хорошей удобоукладываемости и высокой плотности бетона. Учитывая повышенную вязкость жидкого стекла, для приготовления полимерсиликатпых бе-топов, как правило, применяют бетономешалки принудительного действия, Способы формования изделий и конструкций из полимерсиликатпых бетонов такие же, как и для обычных цементных бегоиов. жизнеспособности не более чем на 10—15 мин. Начавший схватываться полимерсиликатиый бетой не пригоден для изготовления из него изделий или конструкций.

Твердение полимерсиликатных бетонов при нормальной температуре продолжается 28—30 сут. Для ускорения твердения используют сухой прогрев при 70—100°С в течение 8—10 ч.