Гидратация полугидрата сульфата кальция: обзор и анализ моделей описания реакции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлен обзор и критический анализ кинетических моделей, описывающих процесс гидратации CaSO4 · 0,5H2O. Особое внимание уделено их применению для описания экспериментальных данных, полученных кондуктометрическим методом. На основе проведенного анализа установлено, что стохастические модели, учитывающие вероятностные аспекты гидратации, демонстрируют наиболее высокую степень соответствия эксперименту. Это позволяет сделать обоснованный вывод о преимуществах стохастического подхода при описании сложных физико-химических процессов, характеризующихся значительной степенью неопределенности. Анализ существующих кинетических моделей гидратации полугидрата сульфата кальция выявил ограничение их применения в реальных условиях. Традиционные детерминированные модели, основанные на уравнениях химической кинетики, не способны адекватно учесть случайные флуктуации, возникающие на микроскопическом и молекулярном структурных уровнях. В настоящей работе показано, что стохастические модели обладают значительными преимуществами при описании таких сложных процессов, как гидратация CaSO4 · 0,5H2O.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. В. Арасланкин

ООО «Экспонента»; Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Автор, ответственный за переписку.
Email: ceo@sci-exp.ru

генеральный директор

Россия, 431448, Республика Мордовия, Рузаевка, ул. Станиславского, 26А; 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23

О. В. Нипрук

Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Email: nipruk@chem.unn.ru

д-р хим. наук

Россия, 603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23

А. Ф. Бурьянов

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Email: rga-service@mail.ru

д-р техн. наук

Россия, 129337, Москва, Ярославское ш., 26

Список литературы

  1. Полак А.Ф., Бабков В.В., Андреева Е.П. Твердение минеральных вяжущих веществ. Уфа: Башкирское книжное изд-во, 1990. 216 с.
  2. Кузнецова Т.В., Кудряшов И.В., Тимашев В.В. Физическая химия вяжущих материалов. М.: Высшая школа, 1989. 384 с.
  3. Семериков И.С., Герасимова Е.С. Физическая химия строительных материалов. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2015. 204 с.
  4. Singh N., Middendorf B. Calcium sulphate hemihydrate hydration leading to gypsum crystallization. Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials. 2007. Vol. 53. Iss. 1, pp. 57–77. EDN: MTOIYH. https://doi.org/10.1016/j.pcrysgrow.2007.01.002
  5. Hand R. the kinetics of hydration of calcium sulphate hemihydrate: a critical comparison of the models in the literature. Cement and Concrete Research. 1994. Vol. 24. Iss. 5, pp. 885–895. https://doi.org/10.1016/0008-8846(94)90008-6
  6. Dunn J.S. The setting of calcium sulphate plasters. Journal of the Indian Chemical Society. 1938. Vol. 57. No. 7, pp. 144–148. https://doi.org/10.1002/jctb.5000570703
  7. Avrami M. Kinetics of phase change. I. General Theory. Journal of Chemical Physics. 1939. Vol. 7, pp. 1103–1112. http://dx.doi.org/10.1063/1.1750380
  8. Avrami M. Kinetics of phase change. II. Transformation-time relations for random distribution of nuclei. Journal of Chemical Physics. 1940. Vol. 8, pp. 212–225. http://dx.doi.org/10.1063/1.1750631
  9. Avrami M. Granulation, phase change, and microstructure kinetics of phase change. III. Journal of Chemical Physics. 1941. Vol. 9, pp. 177–184. http://dx.doi.org/10.1063/1.1750872
  10. Conley R.F. The hydration reaction of anhydrite. Doctor’s Thesis. Indiana University, 1958.
  11. Ridge M.J. Acceleration of the set of gypsum plaster. Australian Journal of Applied Science. 1959. Vol. 10, pp. 218–231.
  12. Schiller K. Mechanism of re-crystallisation in calcium sulphate hemihydrate plasters. Journal of Applied Chemistry. 1962. Vol. 12. Iss. 3, pp. 135–144. https://doi.org/10.1002/jctb.5010120310
  13. Ridge M.J. Hydration of calcium sulphate hemihydrate. Nature. 1964. Vol. 204, pp. 70–71. https://doi.org/10.1038/204070a0
  14. Taplin J.H. Hydration kinetics of calcium sulphate hemihydrate. Nature. 1965. Vol. 205. No. 4974, pp. 864–866. https://doi.org/10.1038/205864a0
  15. Combe E.C., Smith D.C., Braden M. Kinetics of hydration of autoclaved calcium sulphate hemihydrate. Journal of Applied Chemistry. 1970. Vol. 20. No. 9, pp. 287–292. https://doi.org/10.1002/jctb.5010200905
  16. Karmazsin E., Comel C., Murat M. Proceedings of the 7th International Conference on Thermal Analysis. Ontario, 1982. 148 p.
  17. Gurgul S.J., Seng G., Williams G.R. A kinetic and mechanistic study into the transformation of calcium sulfate hemihydrate to dihydrate. Journal of Synchrotron Radiation. 2019. 26 (Pt 3), pp. 774–784. https://doi.org/10.1107/S1600577519001929
  18. Gualtieri A.F. Synthesis of sodium zeolites from a natural halloysite. Phys. Chem. Miner. 2001. Vol. 28, pp. 719–728. EDN: ARWRTT. https://doi.org/10.1007/s002690100197
  19. Арасланкин С.В., Нипрук О.В. Стохастическое моделирование кинетики гидратации β-CaSO4 · 0,5H2O // Неорганические материалы. 2024. Т. 60. № 8. С. 953–962. EDN: LNSIUK. https://doi.org/10.31857/S0002337X24080054
  20. Beretka J., Touw J.W. Hydration kinetics of calcium sulphate hemihydrate: a comp arison of models. Journal of Chemical Technology and Biotechnology. 2007. Vol. 44 (1), pp. 19–30. https://doi.org/10.1002/jctb.280440104

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Кинетическая кривая гидратации CaSO4 · 0,5H2O

Скачать (61KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Диаграмма корреляции времени τcalc = f (τexp): a – 1 – τcalc = τexp; 2, 3, 4, 5 – время, рассчитанное из уравнений Аврами (2), Шиллера (5), Риджа (6) и Гуальтьери (10); b – 1 – τcalc = τexp; 2, 3 – время, рассчитанное из стохастических моделей (11) и (12)

Скачать (152KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кинетические кривые гидратации β-CaSO4 · 0,5H2O при 293 К: a – 1 – по данным эксперимента; 2, 3, 4, 5 – полученные из уравнений Аврами (2), Шиллера (5), Риджа (6) и Гуальтьери (10); b – 1 – по данным эксперимента; 2, 3 – полученные из стохастических моделей (11) и (12)

Скачать (129KB)
Метаданные

© ООО РИФ "СТРОЙМАТЕРИАЛЫ", 2025