Влияние сернокислого магния на прочность магнезиального цемента Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Профессор Пономарев И. Ф. Доцент Якимов Л1. Н.

Влияние сернокислого магния на прочность магнезиального цемента.

Сотрудником Зап. Сибирского Í 1аучно-11ссле хвательскх о Института в г. Томске M. II. Якимовым была вь;г 'лнена работа ¡х изучению условии испарения воды из рапы отег-а Большое '1;ч)х>с которое принадлежит к ряду соленых озер Кулундинск'м схпи.

В результате ьтого исследования было выяснен'), что в н '-от-рых условиях получаются растворы хлористо! о Mai и и и с Гол;..!!!".: содержанием сернокислого Mai ния.

Таких природных рассолов в Кулундинской степи можно xxr¡ весьма большие чапаем. Так, например, за.; а с одно; о о vpa Ь^л:.-шого Яровою выражается околи 'J0 миллионов точи.

Хлористый машин является одной из составных ч:ххл мчгн зиального цемента, который ча то именуется цементом О р-чля. Обычно принято считать, что для цемента Соре.'м бе ре. :: ч истый магний и окись магния, или т. н. каустический м:пне ; :..

Пера нами был доставлен во;: рее. » ; . : я с ; с о л;: примех . . ул- --кислого магния нежелательной или вредной при прхоллолллл" магнезиального цемента, ¡ихбходпмо было в:,:ясн;:т!. ;; л.

в числах, кп!» влияют сернокислый va: нии на свопе : x¡ \:а; ие.шал:. ного цемента.

Для разрешения ътхй задачи бы.: в.яг i : лу о ¡ ; оо л л м .. не .;;т который был получен с завода „Mai н- шт" —Сатка ::л ллх- .'• л.'лл и хранился в лаборатории в течение :'> лет в не ;лку:н>р-. ¡nu.v •'• чк. . Для приготовления смесей пользов :лн ч» :нес : иводным х.ырисг: jv магнием и сернокислым мзшием; ъти лва вень ci ва бы.,и ;хгь: в виде химически чистых реактивов Í ос-.хдтор; л.

Сначала были произведены опыты со смесями хлористо. о :л л пи-; и каустического Mai незита без примеси «Ч'рнокисло! о мл; ния. X.iv р ;: ; г; л магний и окись магния были взягы и oí но:пенип 1:1, при х-ч . хли сгый магний был взят в миле растворов с. ¡еду юн ¡их ¡л лнхт хгл.ии

1) 29'; 2) 30': 3) 31 ; 1) 32 Ьомх

Масса, получаемая из таких смесей, имела весьма .ки.лл. х хх систенцию, близкую к густым сливкам. Для того, чтобы исиы га п. влияние концентрации хлористого машин на прочность мапх бального цемента, были сделаны восьмерки. Чтобы масса не вы ¡«.калл: из форм при изготовлении восьмерок, формы пришлось смалывап. 1устым вазелином. Через сутки восьмерки, как из чистою магнезиального цемента, так и с песком, оставались eme жидкими, но через двое суток приобретали значительную прочность. Пслыопио

были произведены через двое и 7 суток. Результаты испытаний

приведены в следующей таблице:

Концентрация л.юр. магния : ' БОМЭ Прочность на разрыв

Через 2 суток Через 7 суток

Чистый цемент С песком 1:3 Чистый цемент С песком 1:3

29 7,6 6,2 38,3 41,5

30 8,2 7,8 45,7 50.0

31 9.1 8,0 57.4 35,0

32 9,0 7,2 55,6 46,2

Наибольшую прочность показали восьмерки с концентрацией хлористого магния в 31° Бомэ; поэтому все работы были проведены с таким же раствором, имеющим концентрацию ЗГ Бомэ.

Для исследования была взята система из 14 смесей, в которых содержание окиси магния оставалось все время постоянным =50%, имея в виду держаться принятой смеси, в которой соотношение между окисью магния и растворимыми магнезиальными солями равняется 1:1.

Состав растворимых солей подвергался постепенному измене-"ник.-, при чем сумма хлористого магния и сернокислого магния оставалась все время постоянной, равной 50?6 всей смеси. Количество сернокислого магния постепенно возрастало, начиная от 0,5% во втором смеси до 20% в 14 смеси.

1Ь этих магнезиальных смесей были изготовлены восьмерки по 6 шт. для каждой смеси. Восьмерки хранились на воздухе и затем былподвергнуты испытанию на разрыв на приборе Михаэлиса через обычные после затворения сроки: 7 и 28 дней.

Было сделано 84 восьмерки из чистого цемента без примеси песка и 84 восьмерки с наполнителем—нормальным песком, какой обычно употребляется для изготовления восьмерок при испытании портланд-цемента, т. е. ограниченный ситами, имеющими 144 и 225 отверстий на кв. сантим. Смесь с песком всегда была одного соотнесения 1:3. Дальше приведены результаты 168 определений, которые были сделаны для 14 смесей чистого цемента и для 14 смесей с песком. В результате каждых 6 определений выведено срелнее значение для каждой смеси.

Результаты испытаний 7-дневных осшазцов

Ч истые С песком Чистые ! С песком

I

Л® 1 бе! добавки 1 2 с добав. 0,5%

5500(1 36500 50500 30900

во 000 32200 41600 32600

60000 31800 60000 3420')

48700 29500 52000 33000

( л е .: . 57225 32500 51000 32700

Чистые С песком Чистые С песком

№ 3 с добавкой 1Н № 4 с добавкой 2 И

57300 34000 54500 29200

49500 38500 52000 28800

45300 41000 60000 2970")

48000 33900 53000 25000

Среднее 50000 36800 54900 28200

№ 5 с добавкой зн № 6 с добавкой 4 %

4.5000 28200 40000 32700

39000 31000 44300 38600

49500 33500 49400 31500

40200 29200 42200 32400

Среднее 43400 | 30500

№ 7 с добавкой 5 И

36500 45500 40000 43000

29700 30900 31000 31000

Среднее 41500

№ 9 с добавкой 7И

33900 46700 44200 48200

30000

30300 32000 30200 32200

44000 33900

№ 8 с добавкой 6^

55000 54000 61400 57200

I

23900 25200 2730») 23000

55700

25000

№ 10 с добавкой 8%

45800 36000

39.500 36200

48200 36600

40400 38300

Среднее 43200 1 31200 43500 36800

№ И с добавкой 9 % 12 с добавкой 10Ч

39300 • 26400 38000 28300

32400 28900 34000 27300

532иО 27600 360» К) 30900

— 1 ( 22400 35200 34900

Среднее 41700 1 1 I 26300 35800 32700

№ 13 с добавкой 15% № 14 с добавкой 20 %

54400 34000 40е">00 35500

46500 33500 45300 37400

46400 | 31000 39800 43000

42500 [ 31200 41500 36200

Среднее 47400 1 32200 41900 38000

Во время хранения образцов на воздухе было замечено, что скорость нарастания прочности зависит от температуры воздуха.

«

Это сказалось особенно на образцах смесей № 8, № 11 и № 12. Во время хранения образцов этих смесей в том помещении, где находится шкаф для хранения образца, не топилась печь, вследствие чего температура воздуха несколько понизилась.

Результаты первоначальных испытаний этих трех смесей № 8, 11 и 12 представлены в следующей таблице:

Чистые

С песком

Чистые

С песком

Чистые

С песком

№ 2 с добав. 6%

11300 12100 11800 10100

25500 30600 29800 30600

Л® 11 с добав.

24700 20100 2Я70О 17400

28000 24800 27000 29200

№ 12 с добав. 10

26500 31500 33700 33400

3-1900 36600 43600 28900

:ред. 11300

29100

21500

26200

32800

36000

Вследствие резкого уклонения получаемых результатов от общего хода кривой прочности семидневных восьмерок, были переделаны испытания для смесей №№ 8, 11 и 12. Новые результаты, как видно по сравнению с теми, которые приведены раньше, оказались значительно выше.

Отсюда следует сделать весьма интересный вывод, что прочность изделий из магнезиального цемента зависит и от температуры, при которой протекает твердение магнезиального цемента. В эту сторону мы не смогли углубиться при нашем исследовании. Это может послужить задачей специального исследования для изучения влияния температуры на прочность магнезиального цемента.

Полученные данные для 14 смесей нанесены в виде кривой на диаграмме, где выражены прочности 7 дневных восьмерок в зависимости от добавки сернокислого магния.

Кривая для чистого цемента, намеченная сплошной линией (рис. 1), указывает, что при добавке Л^БС^ к магнезиаль-

ный цемент без добавки песка в качестве наполнителя (балласта) прочность цемента на разрыв немного понижается от 57 кгр. на кв. •см для цемента без добавки МоЗС^ до 42 кгр. на кв. см для цемента, содержащего 50®/., Л^О, 30°/о и 20°/о Кривая снижается круче на 10 кгр. на кв. см. от 0 до 5°/о а затем падение прочности идет более полого, давая разницу в 5 кгр. на кв. см на протяжении 15°

Иначе ведут себя смеси с песком. В них не замечается влияния добавки Л^БО* на прочность при разрыве восьмерок; кривая идет почти параллельно абсциссе от 0 до 15'Уо Л^БС^ согласно полученному значению прочности смеси с 20о/0 Л^БО* = 38 кгр. на кв. см кривая поднимается с увеличением содержания Л^БО^ Таким образом можно считать, что в смесях с песком на прочность магнезиального цемента добавка Л^БО* практического значения не имеет.

Для выяснения влияния добавки на поочность магнези-

ального цемента при дальнейшем твердении были сделаны из 14

7-дневные восьмерки.

•о

у

О с

о

V С

о

1

20 1 . ___

о >

3 Ь Ю

Содержание Пс]50« (бссобос % % )

20

Слигнлчм I **

1 о с -

ч и С п; Ы и и{ МП)

спссо с песком /:3

Рис. 1.

смесей такого же состава, как было указано выше, 112 восьмерок: 56 восьмерок из чистого цемента и 56 восьмерок с песком в отношении 1:3. В результате каждых 4-х определений для отдельной смеси было выведено среднее значение.

Результаты испытаний 28-дневных образцов

Чистые ■ С песком I Чистые С песком Чистые С песком

№ 1 без добав. № 2 с добав. 0,5 ; х» з с 1 добавкой 1 "о

55700 28500 56600 24800 1 52600 1 22800

58400 27200 53100 23600 ! 52600 24900

50700 25900 54300 28300 54100 22400

51650 27200 45200 25600 45200 25800

Сред. 54100 2720О 54660 25300 54130 1 j 24000

№ 4 с добавкой 2^° № 5 с добавком 3% № 6 с добавкой 4^

50200 31000 51500 40400 44300 ! 31800

59500 32700 53100 35200 40300 ! 30800

57800 28300 50001» 39600 44800 29500

57500 3'_'900 47700 36300 42200 ; 25300 1

Сред. 56000 31500 50600 33000 424()0 30700

Чистые : С песком Чистые 1 ; С песком ! 1 1 . Чистые С песком

№ 7 с добавкой 5% № 8 с добавкой 6% № 9 с добавкой

63200 40200 65000 50500 49700 42700

69000 40900 50100 47480 42900 41900

69900 43600 51300 48000 55900 38600

58700 40000 48000 48500 53900 42600

Сред. 63900 41200 55500 48800 53200 41400

№ 10 с добавкой 8% № 11 с добавкой 9% № 12 с добавкой 10%

53500 54700 54000 40900 49200 37100

55100 42200 49800 49000 48000 42000

50000 4'>200 50500 40100 48000 36700

58200 47900 40700 40500 50100 45200

Сред. 54200 : 46200 48800 42600 \ 48800 ! 40200

Чистые С песком Чистые С песком

№ 13 с добавкой 15;» № 14 с добавкой 2054

44400 30300 60000 34000

30800 30800 54800 39500

47500 30800 57300 44900

51000 35000 56500 40700

Сред. 47700 31900 57100 39500

Полученные данные для 14 смесей выражены двумя- кривыми на диаграмме (рис. 2). Кривая для чистого цемента начерчена сплошной линией, для смеси с песком начерчена пунктиром.

Добавка 1\^504 при длительном сроке твердения даже повышает, хотя незначительно, прочность как чистого цемента, так и смесей с песком. Для чистого цемента кривая почти параллельна оси абсцисс, имея ординату, равную з среднем 53 кгр/кв. см и только для смеси с 20°;<» Л%504 имеем несколько выше прочность = = 57,5. Для смесей с песком наблюдается повышение с 27 до 39,5.

Сравнивая обе кривых прочности на разрыв после 7-дневного твердения (рис. 1) и после 28-дневного (рис. 2) можно сделать следующие выводы:

1. Сернокислый магний оказывает влияние на прочность чистого магнезиального цемента, немного понижая прочность на разрыв: с 57 до 42 кгр. на кв. см.

2. Это понижение наблюдается только в первые дни твердения,, а затем к месячному сроку прочности смесей чистого цемента выравниваются и в среднем держатся около 55 кгр. на кв. см.

3. В смесях с песком такого влияния добавки Л^БО* на прочность не обнаружено: после семидневного твердения прочность на разрыв смесей имеет среднюю величину около 32 кгр. на кв. см.

4. При дальнейшем твердении смесей с песком наблюдается даже повышение прочности; максимум у смеси с 7°/о N^50* со

28-дневные восьмерки.

05! 3 5 7 ¡O 'О 2Ü

Содержание tlySO« ( decoó&e 'о сь )

Серзначрнпс! -...... «исть^ Че»ент -

ico ... C^recó с песком 1.3

Рис. 2.

средним значением около 43 кг. на кв. см и понижается при увеличении добавки MgS04, оставаясь все же на среднем значении около 38 кгр. на кв. см.

В следующей таблице приведены те данные исследования, на

основании которых построены диаграммы.

мм смесей Состав смесей Отношен. Прочное п. на разрыв в кгр. на кв. см.

MgO MgQ, Mg SO, Mg so, MgCl2 в % % Через Чистый цемент 7 дней С песком Через 28 дней "Чистый"¡с"пес~ цемент |

1 50 50 ^ 57.2 32.5 54.1 27.2

2 50 49,5 0,5 1 51.0 32.7 54.6 25.3

3 50 49 1 2 50.0 36.9 54.1 24.0

4 50 48 2 4 54.9 28.0 56.0 31.5

5 50 47 3 O 43.4 ;-.(). 5 50.6 38.0

6 50 46 4 8 44.0 33.3 42.4 30.7

7 50 45 5 10 41.5 30.6 63.9 41.2

8 50 44 6 12 55.7 25.0 55.5 48.8

9 50 43 7 14 43.2 31.2 53.2 41.4

10 50 42 8 16 43.5 26.8 54.8 46.2

11 50 41 9 • 18 41.7 26.3 43.8 42.6

12 50 40 10 20 35.8 32.7 48.8 40.2

13 50 35 15 30 47.4 32.2 47.7 31.9

14' 50 30 20 40 41.9 38.0 57.5 39.5

Суммируя полученные интересные результаты, можно сделать такой общий вывод: добавка Л^БО* к магнезиальному цементу на его свойства не оказывает такого влияния^, которое следовало бы учитывать при практическом применении. Таким образом при получении магнезиальной рапы, годной для применения в состав магнезиального цемента, следует обращать внимание на содержание только поваренной соли.

В наших исследованиях мы отделяли поваренную соль. Однако необходимо в дальнейших исследованиях выяснить, какое влияние оказывает примесь поваленной соли на свойства магнезиального цемента. Это будет иметь большое экономическое значение, т. к, стоимость рапы без выделения №С1 дешевле.

Базируясь на таких выводах, был проделан опыт применения не искусственно составленной смеси из М§С12 и Л^БО*, а была взята смесь из каустического магнезита с рапой, имевшей плотность = 31° Бомэ. Эта рапа имела следующий состав:

поваренной соли.....ЫаС1 — 2,34°/о

хлористого магния .... = 23,51 °/о

сернокислого магния . . . Л^504 — 3,42°/о

Сумма . . . 29,27°/о (весовых)

Поваренная соль была удалена.

Были сделаны восьмерки, для затзорения которых брали естественную рапу; в качестве наполнителя брали песок и древесные опилки.

Прочность на разрыв полученных восьмерок через 7 дней указана в следующей таблице:

Для смеси № 9

1) чистого цемента ... 50 кг. на кв с. 43,2 53,2

2) с песком......32 кг. на кв. с. 31,2 41,4

3) с древесными опил. . 14 кг. на кв. с.

п М^БО* 3.42 1ЛЛ сп По отношению—---- =----— • 100= 14.5°/о

1^С12 23.51

взятая для опыта обыкновенная рапа подходит к смеси, отмеченной в таблице под № 9 с 14°/о отношения.

Эти результаты опыта указывают, что рапой Кулундинских озер можно пользоваться для изготовления магнезиального цемента и изделий из него как с минеральными, так и с органическими наполнителями.

Значение манезиальных солей для производства строительных материалов.

Широкое строительство, связанное с осуществлением проблемы УКК, требует колоссального количества строительных материалов. Магнезиальный цемент может оказать весьма большую помощь, в особенности для проведения строительства Кулундинского ком-

бината, который должен получать цемент с Яшкинекого завода, 'или с. Чернореческого, или с Уральских заводов.

Намеченное строительство сахарных заводов по ж.-д. линии Барнаул-Семипалатинск, строительство барнаульских комбинатов и строительство Казакстана будут также ближайшими потребителями Кулундинского магнезиального цемента.

Запасы магнезиальных солей в Кулундинских озерах позволяют ставить на очередь не только задачу добычи магнезиальных солей и М^Оь которые требуются для твердения магнезиального цемента, но, возможно, и производство окиси магния.

Согласно разработанному уже процессу разложения хлористого магния при действии на него острым перегретым паром получается весьма чистая окись магния и хлороводород, что можно выразить следующей реакцией:

4- Н20 = ЩО + 2НС1

По расчету Гипрохима стоимость получаемой окиси магния довольно низкая—около 20 р. за тонну.

Но этот процесс встречает большое затруднение в том, что надо найти применение получаемой в качестве побочного продукта соляной кислоты.

Для получения 1 тонны М§0 требуется около 2,5 т. Д^С12 и при этом будет получаться около 5 т. 3696 соляной кислоты. Встает вопрос: куда девать такое большое количество соляной кислоты?

Если считать запас только одного озера—Большое Яровое в 20.000.000 тонн магнезиальных солей, то при выработке его в течение 50 лет можно производить в год 114.000 тонн окиси магния и 114.000 тонн магнезиальной рапы, необходимой для твердения магнезиального цемента. Применяя в качестве наполнителя опилки, можно получить в год около 300.000 тонн магнезиального фибролита в виде- различных фибролитных изделий или значительно больше—до 500.000 тони магнезиаль ного бетона.

Освоение громадного количества получаемой соляной кислоты должно быть разрешено в результате больших исследований на базе ряда проблем комплексного характера.

Крупными потребителями соляной кислоты может быть лесохимия и производство А1СЬ из глин. Хлористый аллюминий требуется для крекинг-процесса, при переработке каменного угля на жидкое топливо может быть применен для производства металлического алюминия, а также может служить полуфабрикатом для получения окиси алюминия действием на А1С1.Ч аммиака. Окись алюминия при условии невысокой стоимости может служить для повышения огнеупорности глин при производстве высокоогнеупорных материалов, в которых весьма заинтересованы металлургия черных и цветных металлов, производство кокса, стекла, фарфора н др. Все это необходимо учесть при разработке химической пятилетки Зап. Сиб. края.

В Кулундинской степи, где находятся озера с магнезиальными

солями, известны месторождения доломитизирозанных известняков. В ближайшем будущем намечено исследование этого сырья с целые* выяснить вопрос, можно ли его применить для замены каустичет ского магнезита. При благоприятном' разрешении этого вопроса будет значительно расширена сырьевая база для производства магнезиального цемента.

Здесь можно лишь отметить, что условия разложения доломита были изучены акад. А. А. Байковым. При обжиге в интервале температур '600—700° разлагается углекислый магний, а известняк остается неизмененным. Полученный продукт не гасится в пушонку при смачивании водой. Его необходимо размолоть, после чего он обладает свойствами каустического магнезита. Примесь размельченного известняка не мешает процессу твердения, но получаемый цемент слабее, чем каустический магнезит из углекислого магния.

Исследование влияния Г^БС^ на прочность магнезиального цемента было произведено в лаборатории технологии силикатов Сиб. Химико-Технологического Ин-та; экспериментальная часть выполнена лаборантом Н. М. Невзоровым и препаратором И. П. Стариковым