Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса
1.1 Перспективные магнезиальные строительные материалы и проблемы , их производства и применения Ю А
1.2 Требования к магнезиальным вяжущим веществам
1.2.1 Химический состав 16
1.2.2 Физико-механические свойства 17
1.3 Получение магнезиальных вяжущих веществ низкотемпературного
обжига 19
1.3.1 Сырье для производства магнезиальных вяжущих 19
1.3.1.1 Магнезит и особенности обжига магнезитовых пород 19
1.3.1.2 Брусит и особенности обжига бруситовых пород 24
1.4 Пути повышения эффективности процесса обжига магнезиальных пород на вяжущее строительного назначения .30
1.4.1 Влияние добавок-интенсификаторов на обжиг сырьевой шихты. 31 :
1.4.2 Факторы, от которых зависит эффективность действия добавок- интенсификаторов 36 $
Выводы по первой главе „39 /
Цель и задачи работЫ 42;
2 Методы исследования и исходные материалы 43 і
2.1 Физико-механические методы испытаний 43
2.2 Физико-химические методы исследований
2.2.1 Термический анализ 44
2.2.2 Рентгенофазовый анализ 45
2.2.3 Определение среднего размера кристаллов 45
2.2.4 Электронная растровая микроскопия
2.3 Математическое планирование эксперимента 47
2.4 Исходные материалы 51
2.4.1 Бруситовая порода 51
2.4.2 Жидкое стекло 56
2.4.3 Хлорид магния шестиводный технический (бишофит) 57
2.4.4 Добавки, вводимые в шихту при исследовании процесса обжига бруситовой породы 59
2.4.5 Материалы для производства СМЛ и шпаклевки на основе магнезиального вяжущего 62
3. Интенсификация обжига брусита .66
3.1 Исследование влияния добавок-интенсификаторов на процесс разложения брусита при обжиге 66
3.2. Исследование влияния и аестиводного хлорида магния на процесс обжига и свойства получаемого магнезиального вяжущего 76
3.3 Исследование влияния натриевого жидкого стекла на процесс обжига и свойства получаемого магнезиального вяжущего 90
3.4 Исследование процесса обжига бруситовой породы с добавкой хлорида магния в корке жидкого стекла 100
3.5 Исследование свойств вяжущего полученного при 800 С без
добавок-интенсификаторов 103
Выводы по третьей главе Ю4
4. Разработка магнезиальных строительных материалов на основе вяжущего низкотемпературного обжига 106
4.1 Разработка магнезиальных листов юб
4.2 Разработка шпаклевки для выравнивания поверхностей СМЛ и заделки стыков между ними
4.3 Разработка модели комплектной системы внутренней отделки помещений 120
Выводы по четвертой главе 120
5 Технико-экомическое обоснование производства магнезиального вяжущего низкотемпературного обжига и материалов на его основе 121
5.1 Технология магнезиального вяжущего низкотемпературного обжига из бруситовых пород 121
5.2 Технология СМЛ на магнезиальном вяжущем низкотемпературного обжига
5.4 Технология сухой шпаклевочной смеси на магнезиальном вяжущем низкотемпературного обжига щ.
5.5 Расчет экономического эффекта от снижения температуры обжига h бруситовой породы третьего сорта Кульдурского месторождения 127
5.6 Оценка эффективности инвестиционного проекта 130
Основные выводы 134;
Библиографический список
- Требования к магнезиальным вяжущим веществам
- Электронная растровая микроскопия
- Исследование влияния и аестиводного хлорида магния на процесс обжига и свойства получаемого магнезиального вяжущего
- Разработка модели комплектной системы внутренней отделки помещений
Введение к работе
Актуальность
В настоящее время отмечается тенденция к значительному ускорению темпов строительного производства при обеспечении высокого качества возводимого жилья и максимально возможном ресурсосбережении. В связи с этим строительная индустрия испытывает потребность в современных, экологичных материалах с высокими физико-механическими свойствами. К ним можно отнести материалы на основе магнезиального вяжущего, имеющие высокую прочность в ранние сроки твердения в естественных условиях, что делает их более энергоэффективными по сравнению с цементными материалами за счет отказа от тепло-влажностной обработки. Кроме того, магнезиальные материалы препятствуют размножению бактерий и грибков, не искрят, не пылят, что делает их применение предпочтительным при внутренней отделке помещений. Актуальной научно-технической задачей является разработка элементов комплектной системы для внутренней отделки из стекломагнезиального листа и шпаклевки.
В это же время в нашей стране наблюдается дефицит качественного магнезиального вяжущего. Перспективным представляется получение магнезиального вяжущего из брусита, что обеспечивает однородность качества материала и позволяет снизить эмиссию углекислого газа в атмосферу, так как породообразующий минерал брусит (Mg(OH)2) не выделяет при обжиге CO2 в отличие от традиционного сырья – магнезита (MgCO3). При этом особенную актуальность приобретает использование в производстве магнезиальных вяжущих серпентинизированных бруситовых пород третьего сорта, непригодных для производства огнеупоров и накапливающихся в отвалах. Это позволит расширить сырьевую базу для производства вяжущих, улучшить экологическую обстановку ряда промышленных регионов и приведет к снижению себестоимости конечной продукции. Основной проблемой, сдерживающей развитие производства магнезиального вяжущего из таких пород, является высокая энергоемкость его получения (около 8 ГДж/т) в связи с высокой температурой обжига – более 1000 оС. Это приводит к значительному расходу теплоносителя, частой замене футеровки печи, повышенному загрязнению атмосферы и ухудшению условий труда. Известно значительное количество исследований, посвященных вопросу снижения энергетических затрат при производстве портландцемента или извести, тогда как проблема экономии энергии при получении магнезиального вяжущего вещества мало изучена и в настоящее время не имеет практического решения.
Настоящая работа посвящена вопросам повышения эффективности магнезиальных материалов путем снижения энергоемкости производства вяжущего из низкосортного бруситового сырья и направлена на разработку элементов комплектных отделочных систем из магнезиальных материалов, полученных из этого вяжущего.
Диссертационная работа выполнялась в рамках программы «У.М.Н.И.К.» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере 2009-2011 гг., при поддержке Правительства Челябинской области в рамках конкурса исследовательских проектов 2008 г.
Цель работы: Разработка магнезиального вяжущего низкотемпературного обжига из серпентинизированной бруситовой породы и строительных отделочных материалов на его основе.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
исследовать состав, структуру и свойства низкосортного брусита Кульдурского месторождения;
изучить процессы, происходящие при термической обработке бруситового сырья без добавок и в присутствии добавок-интенсификаторов;
выявить влияние различных добавок-интенсификаторов на технические характеристики получаемого вяжущего;
разработать энергосберегающий способ получения магнезиального вяжущего с добавками-интенсификаторами и оценить его эффективность;
разработать эффективные способы получения стекломагнезиального листа (СМЛ) и магнезиальной шпаклевки на основе магнезиального вяжущего низкотемпературного обжига, определить возможность совместной работы полученных материалов и разработать нормативную документацию, регламентирующую их производство.
Научная новизна
Выявлено, что для снижения температуры получения магнезиального вяжущего из серпентинизированных бруситовых пород целесообразно использовать добавки-интенсификаторы способные, к образованию расплава в начале температурного интервала разложения минералов бруситовой породы и/или способные к дестабилизации кристаллической решетки этих минералов;
Установлен механизм действия добавок: наиболее эффективно снижают температуру обжига бруситовой породы добавки-интенсификаторы, способные образовывать расплав в температурном интервале дегидратации породы за счет расклинивания микротрещин и ускорения теплообмена в обжигаемом материале при одновременной дестабилизации кристаллических решеток минералов ионами добавки;
Выявлено, что при одинаковом отношении «затворитель/вяжущее» определяющую роль в формировании физико-механических свойств шпаклевки на основе магнезиального вяжущего играет взаимодействие продуктов гидратации вяжущего с наполнителем в поверхностном слое с образованием новых соединений, в результате чего упрочняется зона контакта камня с заполнителем.
Практическая значимость
Разработан способ получения магнезиального вяжущего из низкосортных бруситовых пород при снижении температуры обжига на 300 С по сравнению с ранее известной технологией, что позволяет уменьшить затраты энергии с 7 до 3,4 ГДж/т. Полученное вяжущее удовлетворяет требованиям ТУ 5744-001-60779432-2009 «Магнезиальное вяжущее. Технические условия»;
Предложен способ двухступенчатого гранулирования шихты, позволяющий на первом этапе ввести в сырьевую смесь основную добавку-интенсификатор (бишофит), а на втором – получить гранулы требуемой прочности для обжига в производственных условиях во вращающейся печи за счет создания на поверхности гранул прочной пленки из жидкого стекла;
На основе магнезиального вяжущего низкотемпературного обжига впервые получены элементы комплектной системы из СМЛ и шпаклевки для внутренней отделки помещений с любым влажностным режимом, разработан проект технических условий, регламентирующих их производство.
Автор защищает
-
Результаты эксперимента по определению эффективности действия различных добавок-интенсификаторов;
-
Разработанный способ получения магнезиального вяжущего низкотемпературного обжига из низкосортных бруситовых пород при двухступенчатом гранулировании шихты перед обжигом;
-
Установленные закономерности влияния температуры обжига, типа и дозировки добавки-интенсификатора на процессы разложения основных минералов серпентинизированных бруситовых пород;
-
Результаты исследования влияния добавок бишофита и натриевого жидкого стекла на физико-механические свойства получаемого вяжущего;
-
Разработанные рецептуры и технологии СМЛ и шпаклевки на основе магнезиального вяжущего низкотемпературного обжига;
-
Результаты натурных испытания элементов комплектной системы из СМЛ и шпаклевки при натурных испытаниях.
Внедрение результатов
Способ низкотемпературного обжига бруситовой породы третьего сорта Кульдурского месторождения с добавками-интенсификаторами внедрен на ООО «Тагильский огнеупорный завод» (г. Нижний Тагил) при получении магнезиального вяжущего, соответствующего требованиям ТУ 5744-001-60779432-2009 «Магнезиальное вяжущее. Технические условия». Опытная партия объемом 100 т выпущена 9.09.2009 г.
Способ двухступенчатого гранулирования и разработанный состав шихты внедрен на ООО «Тагильский огнеупорный завод» (г. Нижний Тагил) при производстве модифицированного магнезиального вяжущего. Опытная партия объемом 60 т выпущена 10.06.2011 г.
Состав смеси для производства СМЛ из магнезиального вяжущего низкотемпературного обжига внедрен на ООО «Уралхим» (г.Челябинск), разработан проект ТУ. Опытная партия объемом 30 м2 выпущена 20.09.2011 г.
Достоверность результатов работы
Достоверность научных выводов и результатов работы обеспечена применением стандартных методов и поверенного оборудования при испытании материалов в условиях аттестованной лаборатории, использованием адекватных математических моделей и их анализом, необходимым числом образцов в серии для обеспечения доверительной вероятности результатов испытаний, равной 0,95. Исследования свойств и структуры магнезиального камня проведены с применением комплекса современных физико-химических методов анализа: дифференциально-термического (ДТА), рентгенофазового (РФА), электронной растровой микроскопии. Соответствие свойств вяжущего, получаемого в лаборатории и на производстве, также подтверждает достоверность экспериментальных данных.
Апробация работы
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава ЮУрГУ (НИУ) в 2009...2011 гг, на Международной научно-практической конференции «Строительство-2009» в г. Ростов-на-Дону в 2009 г., на Международной научной конференции «Наука и образование: фундаментальные основы, технологии, инновации» в г. Оренбург в 2010 г., на Международном строительном форуме «Бетон, цемент, сухие смеси» в г. Москва в 2010 г., на Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов» в г. Белгород в 2010 г., на 68-ой научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов СПбГАСУ в г. Санкт-Петербург в 2011г., на Всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития строительного материаловедения: энерго- и ресурсосбережение в строительстве» в г. Челябинск в 2011 г.
Публикации: основное содержание работы опубликовано в 5 статьях, 2 из которых в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, по результатам работы получено решение о выдаче 1 патента Российской Федерации на способ получения магнезиального вяжущего низкотемпературного обжига (Заявка № 2010140168/03(057545), дата подачи 30.09.2010).
Структура работы. Диссертация состоит из 5 глав, основных выводов, библиографического списка из 116 наименований и 3 приложения. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 48 таблиц и 49 рисунков.
Требования к магнезиальным вяжущим веществам
На основе магнезиального вяжущего с использованием минеральных заполнителей производят: высокопрочные полы и покрытия из тяжелых бетонов [80]; штучные изделия из тяжелых высокопрочных бетонов и растворов (жернова, точильные камни, ступени для лестниц, высокопрочные плитки для пола, кровельные плиты и др); сухие строительные смеси для внутренней и внешней отделки зданий и сооружений (искусственный мрамор, штукатурные, шпаклевочные, составы для малых скульптурных форм, минеральные краски и т.д.) [25, 48, 100]; материалы для защиты от биологической коррозии строительных сооружений [68].
Особенностью магнезиальных материалов является то, что они идеально совместимы с органическими заполнителями, т.к. обеспечивают им надежную защиту от разложения и гниения в течение всего срока эксплуатации. К магнезиальным материалам на органических заполнителях относят: наливные теплоизоляционные ксилолитовые полы [36]; сухие строительные смеси, представляющие собой составы для художественного оформления интерьера; теплоизоляционные и конструкционное : : теплоизоляционные стеновые камни из пено- и газобетонов [61]; фибролитовые плиты для несъемной опалубки, а также стекломагнезиальныи f лист (СМЛ), предназначенный для внутренней отделки помещений [68]. j СМЛ - светлый лист с легким оттенком под слоновую кость, он экологичен, не содержит вредных и токсичных веществ. Плотность СМЛ ниже плотности -гипсоволокнистых листов (ГВЛ) или гипсокартонных листов (ГКЛ). СМЛ (армированный стеклотканью) допускает изгиб радиусом до 2,8 метра. Это качество позволяет применять его на неровных поверхностях, снижает вероятность излома листа при работах и перемещении. Стекломагнезиальный лист гибкий, прочный материал для отделочных работ, плотностью до 0,95 г/см0. Производство СМЛ связано с исключительно низкими затратами ; энергии. Сырьевая смесь не требует операции уплотнения, например, ). вибрации или прессования, производят только заглаживание поверхности: \ листов. А в процессе твердения материал не подвергается тепловой! .- обработке, т.к. твердеет и набирает достаточную прочность для проведения У дальнейших технологических операций в течение нескольких часов на : воздухе.
Однако, этому материалу присущи некоторые недостатки, ; сдерживающие его производство и применение. Отделку СМЛ можно проводить только в помещениях с нормальным влажностным режимом, т.к. СМЛ зачастую имеет высокую гигроскопичность и низкую водостойкость, что снижает его эксплуатационные характеристики. Решить эту проблему можно, модифицируя магнезиальное вяжущее специальными добавками [61] или используя вместо бишофита другие виды затворителей [58, 59, 86]. \. Одним из существенных недостатков СМЛ на настоящий момент является \ отсутствие системы сопутствующих материалов, наиболее совместимых с ним. В частности, этот лист имеет низкую прочность сцепления с гипсовыми и цементными шпаклевками и требует выравнивания специальными шпаклевками на магнезиальном вяжущем, которые в настоящее время вообще не производятся. При этом необходимо обеспечить не только прочное сцепление шпаклевки и СМЛ, а также коррозионную стойкость ] крепежных элементов. (
Основная масса СМЛ, производящихся в настоящее время в России и I завозимых из Китая, не отличается высоким качеством. Это выражается в / короблении продукции, изменении линейных размеров, откалывании углов, снижении прочности и растрескивании под воздействием воды или даже влаги воздуха, и, в первую очередь, связано с нестабильным качеством магнезиальных вяжущих в настоящее время, производимых в России. Отмеченная нестабильность качества связана в основном с образованием трещин из-за неравномерности изменения объема при твердении вяжущих. Однако равномерность изменения объема для магнезиальных вяжущих не нормируется ГОСТ 1216 и большинство ведущих современных исследователей в этой области не уделяют этому должного внимания [62, 66, 93].
В настоящее время установлено, что трещины могут образовываться по двум основным причинам: при наличии в вяжущем высокоактивного MgO или низкоактивного MgO - «пережога» [108]. Наличие «пережога» связано с обжигом сырья при температурах выше оптимальных и вызывает появление в магнезиальном материале магистральных трещин в основном в период эксплуатации (до нескольких лет). Трещины в магнезиальном камне образуются в результате поздней гидратацией «пережога», которая происходит с увеличением объема гидратирующих «пережженных» частиц в 2,17 раза. Наличие «пережога» характерно для порошка магнезитового каустического, который является, по сути, побочным продуктом производства получения огнеупоров на ОАО «Комбинат Магнезит» [78].
Присутствие в магнезиальном вяжущем значительного количества высокоактивного оксида магния (образовавшееся при недостаточном обжиге) вызывает появление в формирующемся камне паутинообразных трещин, что приводит значительному снижению прочности или даже разрушению камня вследствие распада на мелкие блоки через короткое время после изготовления материала или конструкции (до 28 суток). Эта проблема характерна для вяжущих, получаемых специально, так как производителю выгодно получать вяжущее при минимально возможных температурах с целью экономии энергии, затрачиваемой на обжиг исходной породы.
Однако I зачастую для производства магнезиального вяжущего из природных пород, особенно в присутствии значительного количества примесей требуется высокотемпературный обжиг. Например, при использовании серпентинизированных бруситов минимальная температура обжига должна составлять 1100 С в связи с наличием трудноразлагающихся примесей, тормозящих формирование оксида магния требуемого размера кристаллов [69]. Это приводит к большим затратам энергии, использованию дорогостоящих огнеупоров и т.д. I Как видно, получение качественного магнезиального вяжущего со средней активностью, т.е. характеризующегося средним размеров кристаллов MgO 40-50 нм и равномерностью изменения объема, сопряжено с рядом трудностей, основной из которых является высокий расход тепловой энергии на производство. Решение вопроса получения качественных вяжущих при невысоких затратах энергии позволит устранить основную проблему производства продукции на основе магнезиального вяжущего.
Электронная растровая микроскопия
Как видно из дериватограммы, добавка железного купороса незначительно ускоряет процессы, происходящие в обжигаемом материале) за счет дестабилизации кристаллической решетки брусита электростатическими силами ионов. Однако на процесс разложения І. минералов бруситовой породы накладывается разложение и окисление [ железного купороса, что препятствует дегидратации брусита и в большей і степени серпентина. ,
Результаты, полученные исследовании разложения бруситовой породы \ в присутствии добавок-интенсификаторов, обработаны и сведены в табл. 3.1.) Табл. 3.1 Зависимость температур разложения и перекристаллизации минералов бруситовой породы от вида добавки-интенсификатора
Название добавки Дозировка добавки, % Диапазон температур дегидратации, С Температураплавлениядобавки, С Анализируя данные, представленные в табл. 3.1, можно сделать вывод о том, что все выбранные добавки в разной степени способствуют ускорению дегидратации гидроксида магния и продуктов серпентинизации брусита. Однако по разным причинам в случае с добавками ацетатов цинка и меди, а также железного купороса разложение серпентинов заканчивается при той же температуре, что и в случае обжига бездобавочной шихты. Такйм образом, наиболее эффективной является добавка шестиводного хлорида магния. Применение этой добавки с наибольшей вероятностью позволит получить вяжущее с требуемым размером кристаллов оксида магния (50-55 нм по направлению вектора 2-2-0). Добавка хлорида натрия, вероятно, позволит снизить энергоемкость процесса обжига бруситовой породы, так как способствует более раннему удалению ОН- из обжигаемой породы, однако эффективность ее воздействия на процессы дегидратации и кристаллизации ниже, чем у бишофита. Влияние жидкого стекла на процесс получения вяжущего неоднозначно: из-за высокой температуры и длительного периода плавления оно может препятствовать кристаллизации оксида магния, с другой стороны оно ускоряет процессы разложения минералов бруситовой породы. Получение магнезиального вяжущего с данной добавкой требует дальнейшего исследования. Для проведения дальнейших экспериментов выбрана добавка шестиводного хлорида магния бишофит. 3.2. Исследование влияния шестиводного хлорида магния на процесс обжига и свойства получаемого магнезиального вяжущего.
С целью определения оптимальной дозировки и влияния бишофита, как добавки-интенсификатора, на основные физико-механические характеристики получаемого вяжущего был спланирован и реализован двухфакторный эксперимент. В качестве варьируемых факторов были выбраны: температура обжига (700, 800, 900 С) и количество добавки MgCl2 6H20 (2, 4, 6%). Откликами приняты нормальная густота, сроки схватывания, предел прочности при сжатии в возрасте 1, 3, 7 и 28 сутки, равномерность изменения объема, размер кристаллов оксида магния.
Для проведения эксперимента исходную бруситовую породу измельчали в лабораторной мельнице до остатка на сите 02 не более 15 %, смешивали с раствором добавки-интенсификатора MgCl2-6H20, затем гранулировали. Диаметр гранул составлял 25-30 мм. Полученные гранулы сразу после изготовления помещали в камерную печь ГЖЛ-1,2 и выдерживали при температурах 700, 800 и 900 С в течение 2 часов, после чего остужали на воздухе. Обожженные гранулы измельчали в лабораторной мельнице до остатка на сите 008 не более 15 %. У полученного вяжущего по полуширинам дифракционных максимумов определяли относительные размеры кристаллов периклаза. Оставшуюся пробу магнезиального вяжущего затворяли водным раствором хлорида магния (бишофитом) ; плотностью 1,2 г/см3, согласно ГОСТ 1216-87 «Порошки магнезитовые. : Технические условия», определяли нормальную густоту, сроки схватывания, изготавливали серию образцов 2x2x2 см для определения предела прочности ) при сжатии и образцы лепешки для определения равномерности измененияi объема при твердении.
Ранее доказано, что магнезиальное вяжущее средней активности, пригодное для строительства, характеризуется оптимальным размером кристаллов MgO (38-43 нм по направлению вектора 2-0-0, 42-47 нм по направлению вектора 1-1-1 и 50-55 нм по направлению вектора 2-2-0) [108].
Определение размера кристаллов можно осуществлять по направлениям вектора 1-1-1, 2-0-0, 2-2-0. Однако считается, что изменения размера кристаллов дают вполне достоверную картину по отражению в плоскости 2-2-0.
Исследование влияния и аестиводного хлорида магния на процесс обжига и свойства получаемого магнезиального вяжущего
На рис. 4.5 - 4.6 представлены микрофотографии образцов шпаклевок с магнезитом и микрокальцитом в качестве наполнителей. На этих фотографиях структура плотная, однородная, визуально невозможно определить границы контакта зерен и камня вяжущего, что подтверждается локальным микроанализом. Высокая однородность образцов шпаклевок с магнезитом и микрокальцитом (рис. 4.5, 4.6) может объясняться взаимодействием продуктов гидратации магнезиального вяжущего с магнезитом или кальцитом в поверхностном слое с образованием новых соединений, в результате чего упрочняется зона контакта камня с заполнителем. Подобный механизм описывается в работах Л.Б. Сватовской и ее коллектива [88]. Этот эффект объясняет высокую прочность образцев. данных шпаклевок и их стойкость к растрескиванию в тонком слое.
Крупные зерна кварцевого песка хорошо различимы в структуре шпаклевки представленной на рис. 4.7, при увелечении в 10000 раз хорошо видно как продукты гидратации распределяются по поверхности зерна наполнителя и не заметно признаков взаимодействия песка с гидроксихлоридами магния. Из этого можно сделать вывод, что прочность данной шпаклевки обеспечивается низким водо-твердым отношением, а сцепление вяжущего с наполнителем обусловлено только силами трения. Эти связи легко разрушаются при возникновении внутренних напряжений при неизбежном высыхании шпаклевки, в результате чего образуются терщины на ее поверхности.
Представленная на рис. 4.8 структура шпаклевки отличается большой неоднородностью, на всех фотографиях четко видна граница между тальком и магнезиальным камнем, что говорит о его плохом сцеплении с магнезиальным камнем. Также на микрофотографиях видно, что зерна талька имеют форму пластинок и слоистую структуру, что значительно повышает водопотребность смеси и значительно снижает прочность шпаклевки.
Таким образом, определяющую роль в формировании прочной структуры шпаклевки играет способность вяжущего и наполнителя к прочному сцеплению за счет химического взаимодействия, либо образования;. новых соединений в зоне контакта, кроме этого на прочность также влияет отношение затворитель/вяжущее. Следовательно, для магнезиальных \ шпаклевок предпочтительнее в качестве наполнителя применять магнезит 1 или микрокальцит. При этом микрокальцит является продуктом, имеющимся на рынке, т.е. доступен и имеет стабильное качество, поэтому в дальнейшем для подбора оптимального состава шпаклевки использовали микрокальцит.
Для этого был спланирован и реализован двухфакторный эксперимент. ; В качестве варьируемых факторов были выбраны: отношение і наполнитель/вяжущее (1:1,5,1:2 и 1:2,5) и количество добавки целлюлозы (О, 0,05 и 0,1 %). Добавку целлюлозы Мecellозе РMC 22601 вводили с целью улучшения удобообрабатываемости шпаклевочной смеси, повышения водоудерживающей способности и уменьшения расслаиваемости. Откликом принят внешний вид шпаклевки в тонком слое, нанесенной на лист СМЛ. Составы приведены в табл. 4.5, результаты оценки внешнего вида через 2 часа после нанесения в табл. 4.6.
Из результатов представленных в табл. 4.6 видно, что через 2 часа после нанесения шпаклевок образцы 1, 8 и 9 покрылись сеткой трещин, а на образцах 2, 3, 4 и 7 появились небольшие трещины. Отсутствие трещин показали шпаклевки 5 и 6. В дальнейшем у них определяли предел прочности при изгибе и прочность сцепления с СМЛ. Предел прочности при изгибе определяли на образцах-кубиках 2x2x2 см после 1, 3, 7 и 28 суток твердения на воздухе, при влажности воздуха 80 % и температуре 20±2 С, прочность сцепления с СМЛ определяли в 7 сутки твердения. Результаты приведены в табл. 4.7.
Таким образом, установлен состав шпаклевки с наилучшими свойствами, которая оостоит из магнезаального вяжущего низкотемпературного обжига, микрокальцита, сухого бишофита в соотношении 1:2,5:0,6 и добавки метилгидрооксипропилцеллюлозы в количестве 0,1 % от массы сухой смеси. Добавка улучшает удобообрабатываемость смеси, повышает водоудерживаюшую способность, снижает расслаиваемость и живучесть смеси. Сухая смесь перед применением затворяется водой в количестве 20 % от массы смеси. Свойства шпаклевки приведены в табл. 4.8.
Разработка модели комплектной системы внутренней отделки помещений СМЛ изготовили из смеси состава, подобранного в п. 4.1. Сверху и снизу листы армировали стеклосеткой. После затвердевания образцов й, течение 3 суток их смонтировали на каркас из металлического профиля ё помощью саморезов, после чего приготовили шпаклевку состава по п. 4.2 щ выровняли ею стык между образцами листов. Шпаклевка имеет ровную поверхность, легко наносится, не расслаивается. После отвердевания шпаклевки образец комплектной системы помещали в герметичный) контейнер со 100% влажностью, через 6 месяцев выдержки провели визуальную оценку состояния образца. По результатам осмотра выявлено I СМЛ не растрескался, сохранил форму и цвет, шпаклевка не растрескаласЦ не потеряла прочности сцепления с листом, элементы каркаса коррозии неї і . подвержены. Таким образом, данная система, включающая: металлический каркас, шпаклевку и СМЛ изготовленные на основе магнезиального вяжущего низкотемпературного обжига, пригодна для применения при, внутренней отделке помещений с нормальной и высокой влажностью.
Разработка модели комплектной системы внутренней отделки помещений
Учитывая то, что для обжига применимы гранулы, упрочненные і жидким стеклом только по поверхности, гранулирование обязательно нужно ; производить в две стадии: сначала путем экструдирования и резки формируются гранулы, содержащие бруситовую породу и добавку-.5 интенсификатор, после чего эти заготовки поступают в гранулятор тарельчатого типа, куда подается жидкое стекло для формирования поверхностного слоя.
Бруситовая порода в виде щебня фракции 40-50 доставляется на склад автомобильным или железнодорожным транспортом. Хлористый магний (бишофит) поставляется в полипропиленовых мешках (биг-бэгах) и хранится на закрытом складе в герметично закрытых контейнерах вследствие его высокой гигроскопичности. Жидкое стекло доставляется на склад в стальных бочках. Бруситовая порода со склада ленточным питателем подается в загрузочное отверстие шаровой мельницы. После помола бруситовая порода с помощью элеватора попадает в бункер. Требуемое количество хлорида магния и воды дозируется и поступает в смеситель.
Молотая бруситовая порода дозируется и поступает в шнековый смеситель, куда также подается раствор бишофита, затем непрерывной лентой смесь проходит через экструдер, на выходе из которого заготовки струной нарезаются на отдельные гранулы. Цилиндрические гранулы поступают в тарельчатый гранулятор, куда также дозируется жидкое стекло. Полученные методом окатывания гранулы по ленточному питателю! попадают во вращающуюся печь, где осуществляется их обжиг. Гранулы; находятся в зоне обжига при температуре 750-850 С в течение 1,5-2 часов. \ После обжига гранулы выгружают из печи, и они остывают на воздухе. \ Остывшие гранулы питателем подают в шаровую мельницу, где они измельчаются до удельной поверхности 2900-3000 см2/г.
Готовое магнезиальное вяжущее загружают в бункер готовой продукции, от каждой партии готовой продукции отбирается проба, по которой в лаборатории определяют соответствие вяжущего требованиям ТУ 5744-001-60779432-2009. Далее вяжущее расходуют для производства строительных материалов или упаковывают в мешки или биг-бэги и отправляют на склад готовой продукции. При перевозке и хранении материал необходимо беречь от воды и влажной среды.
Производство стекломагнезиальных листов начинается с подготовки сырья. Наполнитель (опилки) просеивается и сушится (при необходимости) до влажности 6%, подается конвейером в смеситель принудительного действия порционно при помощи дозатора, туда же через дозаторы подаются магнезиальное вяжущее и добавка (оксид железа), компоненты перемешиваются в сухом виде. Раствор хлорида магния готовится отдельно в растворосмесителе. Из смесителя принудительного действия сухая смесь подается конвейером во второй смеситель, куда из растворосмесителя подается бишофит.
От второго смесителя состав подается на установку для формовки плит. С барабана, расположенного над столом, расстилается первый слой стеклосетки, укладывается формовочная смесь, поверх формовочной смеси укладывается второй слой стеклосетки, лист уплотняется до необходимой толщины при помощи прижимных роликов, затем производится предварительный поперечный раскрой на двойную длину и обрезка продольных кромок. После этого листы двумя ускоряющими ленточными конвейерами направляются в загрузочную этажерку. После заполнения всех ярусов листы транспортируются в загрузочную накопительную тележку и далее в камеру твердения, в которой поддерживается температура 20±2 С и влажность не более 60%. После затвердевания в течение 24 часов листы передаются с разгрузочной накопительной тележки в разгрузочную этажерку, откуда по одному подаются на линию окончательной обработки. Раскрой листов осуществляется двумя кромкообрезными пилами и одной пилой среднего поперечного реза.
Далее листы укладываются в щтабеля, сформированные пакеты упаковываются в полиэтиленовую пленку и транспортируются на склад. На рис. 5.2 представлена принципиальная схема производства СМЛ.
