1 состояние вопроса на данном этапе развития цивилизации стоят проблемы экологии, энергосбережения и оптимизации системы «человек – материал – среда обитания»

Система CaO–Al2O3–SiO2–H2O и CaO–Fe2O3–Al2O3–SiO2–H2O. Наиболь-шее значение для производства автоклавных материалов на основе полимине-рального сырья имеет система CaO–Al2O3–SiO2–H2O. При температуре до 50 С, исходя из опубликованных данных, в этой системе возникает одна кристалличе-ская фаза – 2CaOAl2O3SiO28H2O (гидрогеленит) [179, 180]. При более высоких температурах в вяжущих веществах автоклавного твердения этой системы сосу-ществуют гидроалюмосиликаты кальция – гидрогранаты, а также гидросиликаты кальция C2SH(A), CSH(B), C2SH2 и тоберморит 5CaO6SiO2nH2O [135].
По данным Г. Калоусека и др. [181–183] в тоберморите Si4+ может изоморф-но замещаться Al3+ (до 7 мас. % Al2O3). Глиноземистый тоберморит возникает при низких концентрациях глинозема, гидрогранаты – при высоких. Возможно сосу-ществование гидрогранатов и глиноземистого тоберморита. При содержании Al2O3 менее 7–10 мас. % гидрогранаты вообще не образуются [184, 185].
Гидрогранаты обладают высокой кристаллизационной способностью и яв-ляются одной из первых кристаллических фаз, выделяющихся в процессе авто-клавного твердения. Повышение температуры сопровождается постоянным ро-стом содержания кремнезема в гидрогранатах, а от увеличения срока выдержки при постоянной температуре состав гидрогранатов практически не изменяется [135].
Гидрогранаты особенно легко образуются при запарке под повышенным давлением, но их образование по данным В. Н. Юнга [186] считается возможным также и при обыкновенной температуре. Авторы [187] считают, что гидрогранаты и низкоосновные гидросиликаты кальция типа тоберморита, ксонотлита наиболее устойчивы при температурах выше 100 С. По данным [188, 189] тоберморит об-разуется в системе при соотношении C/S = 1 при температурах выше 120 С.
Установлено, что в суспензиях известково-кремнеземистых тампонажных жидкостей при содержании большого количества Аl2О3 наряду с гидросиликатами кальция образуются гидрогранаты ЗСаОАl2О3хSiO2(6–2х)Н2О [190].
При высоких температурах и давлениях в цементно-песчаных суспензиях кварцевый песок реагирует с гидроксидом кальция и гидросиликатами, а также с гидроалюминатами, образуя гидрогранаты [191]. Авторы [192] также установили, что SiO2, взаимодействуя с C3S и C2S, образует низкоосновные гидросиликаты кальция типа CSH(B), которые отличаются высокой стабильностью и прочно-стью, а с С3А и C4AF образует термостойкие гидрогранаты.
Использование доменных или фосфорных шлаков, боя керамического кир-пича, а также зол ТЭС приводит к усложнению процесса образования цементи-рующего вещества. Наряду с гидросиликатами кальция синтезируются гидрогра-наты, а также изменяется кинетика твердения материала в автоклаве [193–198].
Твердые растворы гидрогранатов являются соединениями переменного со-става, образующиеся на основе С3АН6 и C3FH6 при замещении в них части или всех шести молекул Н2О на SiO2. При частичном замещении воды образуются твердые растворы гидрогранатов кальция с общей формулой C3A1–xFxSzH6–2x, где 0  x  1 и 0  z  3. При образовании в нормальных условиях гидрогранаты содер-жат мало SiO2 (0,5–0,7 молекулы), а в гидротермальных условиях кристаллизуют-ся высококремнеземистые составы твердых растворов [199–201]. Гидроалюминаты и гидроферриты кальция способны образовывать твердые растворы, причем небольшие количества кремнезема стабилизируют кристаллы C3AH6–C3FH6 [202–204].
Наряду с алюминатными гидрогранатами возможен синтез железистых, об-разующие с первыми непрерывный ряд твердых растворов. Высокая дисперсность железистых гидрогранатов способствует повышению механической прочности цементного камня по сравнению с камнем на основе алюможелезистых и алюми-натных гидрогранатов [205–207].
Ю. М. Бутт и др. [208] установили, что состав гидрогранатов меняется при увеличении температуры и длительности гидратации лишь до определенного пре-дела, которым, в условиях поставленных опытов, является гидрогранат состава C3AS2H2, соответствующий минералу плазолиту.
Д. Рой и Р. Рой [209] пришли к выводу, что образуется два типа гидрограна-тов. Одни, стабильные, существуют при относительно низких температурах от состава C3AH6 до C3AS2H2, а другие, вероятно метастабильные, при повышенных температурах в границах от C3AS2,75H0,5 до C3AS3. По другим данным стабильны-ми являются гидрогранаты состава C3AS1,5H3, C3AS1,3H3,4, C3AS1,6H2,8, или, веро-ятно, C3AS2H2 [210–212]. В присутствие Na2O количество образующихся гидро-гранатов уменьшается [213].
Идентификация гидрогранатов по данным термических и рентгенографиче-ских анализов затруднена ввиду близости их эффектов к эффектам C3AH6 [214]. Основными методами идентификации, по мнению Б. Н. Виноградова [196], явля-ются минералого-петрографический и рентгеноструктурный. По изменению меж-плоскостного расстояния (интервал 2,80 до 2,71 Å) можно судить о содержании кремнезема в гидрогранатах.
В. В. Андреев [215], проведя термодинамическое обследование процесса термического разложения гидрограната кальция состава 3CaOAl2O30,2SiO25,6H2O, установил, что наиболее предпочтительно процесс разложения гидрограната кальция может протекать с образованием 12CaO7Al2O3, CaO, 2CaOSiO2, H2O. Более поздними исследованиями было установлено, что гидрогранаты, яв-ляясь одними из первых формирующихся фаз, в процессе продолжительной гид-ротермальной обработки превращаются в алюминийсодержащий тоберморит. Алюмосиликатная система может быть интересна с точки зрения расширения сы-рьевой базы производства автоклавных материалов и снижения энергозатрат на производство [216–221].