CC BY
83
Строительные материалы, изделия и конструкции
УДК 666.962.2
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЗАТВОРИТЕЛЕЙ НА ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ МАГНЕЗИАЛЬНОГО КАМНЯ
В.В. Зимин, Л.Я. Крамар, Б.Я. Трофимов
Представлены результаты экспериментальных исследований гигроскопичности магнезиального камня с использованием различных затворителей. Показано, что применение в качестве за-творителя побочного продукта производства изопропилового спирта позволяет значительно снизить гигроскопичность камня.
В настоящее время увеличивается спрос на стеновые теплоизоляционные материалы, что требует расширения номенклатуры и выпуска изделий с высокими показателями прочности при сжатии и изгибе, водостойкости и низкими гигроскопичностью и теплопроводностью. Для этих целей можно использовать магнезиальные материалы, такие как ксилолит, фибролит, гераклит и др. Основными причинами, сдерживающими их применение, является высокая гигроскопичность камня, полученного затворением водным раствором хлорида магния.
Известно, что особое влияние на формирование структуры и свойств магнезиального камня оказывает вид затворителя [1, 5]. Для получения строительных материалов с разными специфическими свойствами в качестве затворителей используют водные растворы хлорида магния, сульфатов магния и железа и др.
Наибольшее распространение среди затворителей получил бишофит технический (водный раствор хлорида магния). Магнезиальный камень на его основе отличается высокой прочностью при сжатии, достигающей в возрасте 28 суток 60 МПа и быстрым набором прочности в ранние сроки твердения. Но этот материал отличается повышенной гигроскопичностью, которая достигает 7...8 %, поэтому его нельзя применять в производстве теплоизоляционных материалов.
В работах А.М. Кузнецова и В.В. Шелягина [3, 4] было отмечено, что использование в качестве затворителя водного раствора хлорида магния в производстве фибролитовых плит, отделочных материалов, несъёмной опалубки в труднопроду-ваемых местах наблюдается насыщение этих материалов влагой. Это является причиной появления сырости, высолов и грибка на поверхности изделий и по штукатурке, а в суровых климатических условиях возможно промерзание стен, что и
явилось причиной отказа от данного вида затворителя при производстве теплоизоляционных и отделочных материалов.
Целью настоящего исследования является разработка магнезиальных материалов с низкой гигроскопичностью.
Разные учёные предлагают следующие пути снижения гигроскопичности магнезиальных материалов:
А.М. Кузнецов [3] для достижения поставленной цели предлагал введение в состав хлормагне-зиального вяжущего добавки сульфата железа, которая в процессе гидратации при взаимодействии с хлоридом магния образует сульфат магния и тем самым снижает гигроскопичность получаемого материала. Но такой способ не нашёл широкого применения из-за значительного снижения прочности изделий.
Есть предложения затворять магнезиальное вяжущее смешанным хлорсульфатным затворите-лем.
Элинз М.П., Келессо [1,2, 5] установили, что наибольшее снижение гигроскопичности магнезиального камня возможно при использовании в качестве затворителя сульфата магния.
Для выявления наиболее эффективного способа снижения гигроскопичности были проведены исследования магнезиального камня с использованием смешанного хлорсульфатного и сульфатного затворителей.
Изучение влияния хлорсульфатного затворителя на гигроскопичность магнезиального камня проводили на смеси водных растворов хлорида и сульфата магния в следующем процентном соотношении:
М£Б04 - М§С12 - 25 - 75; 50 н- 50; 75 н- 25, при этом принимали плотность
М§804-7Н20-1,18 г/см3, М§С12-6Н20-1,20 г/см3. В качестве магнезиального вяжущего использова-
Строительные материалы, изделия и конструкции
ли ПМК-75 (ОАО «Комбинат «Магнезит», г. Сат-ка), удовлетворяющий ГОСТ 1216-87, с насыпной плотностью в вибрированном состоянии 1320 г/дм3 и содержанием пережога 2,5 %. В табл. 1 приведены результаты испытаний полученных образцов.
Анализ полученных результатов исследования показал следующее: прочность камня, полученного затворением магнезиального вяжущего хлорсульфатным затворителем, в возрасте 28 суток имеет максимальное значение на затворителях с соотношением MgS04 + MgCl2 = 25 + 75 и 50 50 и составляет 47...41 МПа. Дальнейшее повышение доли сульфата магния в затворителе приводит к резкому снижению прочности камня до 28 МПа.
Гигроскопичность полученных образцов изменяется от 5,5 до 3,8 %, в зависимости от содержания сульфата магния, что в полной мере не решает проблему.
Водопоглощение камня с увеличением концентрации сульфата магния снижается с 8,2 до 5,5 %. При соотношении составляющих затвори-теля М§Б04 М§С12 25 т 75 коэффициент размягчения составляет 0,64, а дальнейшее увеличение доли сульфата снижает его до 0,4.
Таким образом, использование смешанного хлорсульфатного затворителя является не рациональным и не достаточно эффективно решает проблему гигроскопичности, водостойкости и прочности.
Вторым путём снижения гигроскопичности магнезиального камня является использование в качестве затворителя водного раствора сульфата магния. Полученные результаты испытаний сульфомаг-незиального камня при твердении сведены в табл. 2.
Из полученных результатов следует, что в марочном возрасте прочность магнезиального камня,
затворённого водным раствором сульфата магния низкой плотности 1,14... 1,16 г/см3, не превышает 20 МПа, при больших плотностях затворителя (1,18...1,22 г/см3) она составляет 24...32 МПа, при этом наблюдается повышение коэффициента размягчения магнезиального камня от 0,4 до 0,67. Водопоглощение также зависит от плотности затворителя и достигает при высоких плотностях наименьшего значения - 2,4 %. Такая же зависимость наблюдается при оценке гигроскопичности магнезиального камня, которая с повышением плотности затворителя от 1,14 до 1,22 г/см3 изменяется от 3,4 до 1,06 %.
Таким образом, проблему гигроскопичности можно успешно решить ранее известным способом - использованием в качестве затворителя сульфата магния. Но при этом плотность водного раствора сульфата магния должна быть выше 1,18 г/см3.
В отдельных работах предлагается использовать в качестве затворителя различных отходов производств, содержащих слабоконцентрированную серную кислоту и др. сульфатосодержащие отходы.
К такому виду затворителя можно отнести продукт (ДОС) по ТУ 2141-003-46754744-07, получаемый путём нейтрализации серной кислоты серпен-тинитомагнезитом в производстве изопропилового спирта, содержащий до 70 % М§804. ПОС растворяется водой до получения плотности затворителя 1,31 г/см3. В результате растворения этого отхода образуется суспензия, содержащая 30...50 % силикатного геля. Эффективность этого материала изучали с применением гелевой составляющей и без неё. Результаты испытаний сведены в табл. 3.
Таблица 1
Изменения физико-механических характеристик магнезиального камня, затворённого смесью хлорсульфатов магния
Соотношение Мй804 -ь М§С12 Гигроскопичность, % по массе Водопоглощение, % по массе Коэффициент размягчения Прочность при сжатии в 28 сутки, МПа
25-=-75 5,45 8,2 0,64 47,2
О •1* о 4,44 7,9 0,65 40,9
75-^25 3,8 5,5 0,4 28
Таблица 2
Изменения физико-механических характеристик магнезиального камня, затворённого водным раствором сульфата магния Мд804 различной плотности
Плотность водного раствора сульфата магния Гигроскопичность, % по массе Водопоглощение, % по массе Коэффициент размягчения Прочность при сжатии в 28 сутки, МПа
р = 1,14 г/см3 3,4 6,7 0,4 17,5
р = 1,16 г/см3 3,0 5,6 0,4 20,8
р = 1,18 г/см3 1,27 4,8 0,55 24,4
р - 1,20 г/см3 1,08 2,9 0,65 28,4
р = 1,22 г/см3 1,06 2,4 0,67 32,7
14
Вестник ЮУрГУ, № 12, 2008
Зимич В.В., Крамар Л.Я., Трофимов Б.Я._________
Влияние различных видов затворителей на гигроскопичность магнезиального камня
Таблица 3
Изменения физико-механических характеристик магнезиального камня, затворённого раствором/рассолом ПОС
Плотность ПОС Гигроскопичность, % по массе Водопоглощение, % по массе Коэффициент размягчения Прочность при сжатии в 28 сутки, МПа
Раствор ПОС (с гелем) 0,94 2,04 0,73 30,1
Рассол ПОС (без геля) 1,07 1,3 0,7 30,6
Из данных табл. 3 видно, прочность камня, полученного затворением магнезиального вяжущего водным раствором (с гелем) и рассолом (без геля), составляет 30 МПа. Коэффициент размягчения камня на рассоле ПОС достигает 0,7, а камня на растворе ПОС - 0,73. При этом водопоглоще-ние камня на растворе ПОС выше, чем на его рассоле, и составляет 2,04 %, а гигроскопичность этих камней находится в пределах 1 %.
Следовательно, использование ПОС без геля менее эффективно, т. к не приводит к повышению физико-механических характеристик камня, а отделение гелевой фазы затворителя повышает затраты на работу непосредственно в производстве и увеличивает расход ПОС в 2 раза.
Использование в качестве затворителя отхода производства изопропилового спирта позволяет получать магнезиальный камень низкой гигроскопичности, а также приводит к снижению водопо-глощения в 2 раза и повышению коэффициента размягчения с 0,55...0,67 до 0,73 в сравнении с сульфатом магния.
Проведённые исследования позволяют сделать следующие выводы:
1. Использование водного раствора смешанного хлорсульфата магния в качестве затворителя магнезиального вяжущего не эффективно, так как гигроскопичность камня в сравнении с хлормагне-зиальным снижается не значительно, но при этом повышается расход солей-затворителей.
2. Применение затворителя - сульфата магния позволяет решить проблему гигроскопичности.
3. Наиболее эффективным решением проблемы гигроскопичности является получение теплоизоляционных материалов с использованием в качестве затворителя побочного продукта производства изопропилового спирта.
4. Изделия на основе магнезиального камня на этом затворителе отличаются наименьшей гигроскопичностью, не превышающей 1%, высоким показателем коэффициента размягчения (водостойкости) и достаточной прочностью.
5. Использование в качестве затворителя отхода производства ПОС (ОАО «Оренбуржские материалы») позволяет решать проблему безот-ходности на данном предприятии.
Литература
1. Адомавичутте, О. Б. О твердении магнезиального цемента / О.Б. Адомавичутте, КВ. Яниц-кий, Б.И Вектарис// Тр. АН ЛитССР. —1967. — Сер. Б2(25). - С. 2551-2554.
2. Козлова, В.К. Фазовый состав водостойкого магнезиального камня / В.К. Козлова, Т.Ф. Свит, М.Н. Гришина // Резервы производства строительных материалов. - Барнаул: АлтГТУ, 1997. -4.1.-С. 27-31.
3. Кузнецов, А.М. Производство каустического магнезита / А.М. Кузнецов. - М., 1948. —210 с.
4. Шелягин, В.В. Магнезиальный цемент (сырье, технология получения и свойства) / В.В. Шелягин. -М.-Л.: Госстройиздат, 1933. -107 с.
5. Элинз, М.П. Цемент Сореля и соли / М.П. Элинз// Строительные материалы. — 1937. -№ 1. - С. 30.
