Введение к работе
Актуальность работы Одним из направлений создания новых отделочных и теплоизоляционных строительных материалов с повышенными показателями строительно-технических свойств является применение при их получении магнезиальных вяжущих веществ. Основными достоинствами магнезиальных вяжущих веществ являются: высокая механическая прочность при быстром ее нарастании в начальный период твердения, повышенные по сравнению с другими вяжущими, показатели пределов прочности при изгибе, плотная структура затвердевшего магнезиального камня при невысокой истинной и средней плотности, низкая теплопроводность, высокая прочность сцепления с заполнителями при изготовлении магнезиальных бетонов и растворов, а также достаточно высокая коррозионная стойкость.
Основными причинами, сдерживающими широкое применение магнезиальных вяжущих веществ в настоящее время.являются недостаточный объем'Производства каустического магнезита и каустического доломита, высокая стоимость и дефицитность солей магния, растворы которых применяются в качестве затво-рителей, а также пониженная водостойкость и воздухостойкость материалов и изделий на основе магнезиальных вяжущих веществ.
В процессе твердения и службы магнезиальных изделий, полученных с большим расходом магнезиального вяжущего, затворенного высококонцентрированным раствором хлорида магния, на их поверхности появляется значительное количество высолов.
В Сибири имеется ряд крупных месторождений магнезита и доломита, которые могут широко использоваться для производства магнезиальных вяжущих веществ. На Алтае имеются большие перспективы для производства магнезиальных вяжущих веществ путем комплексной переработки рапы соленых озер Ку-яундинской степи (озеро Кучук, озеро Большое и Малое Яровое, Малиновое озеро и др.). Рапа этих озер может использоваться как для получения оксида магния, так и в качестве затворителя при использовании магнезиальных вяжущих. Кроме этого в районах Кулундинской степи имеются большие запасы доломитизи-рованных мергелей, представляющих собой донные отложения высохших озер, на основе этого сырья также могут быть получены магнезиальные вяжущие вещества достаточно высокого качества.
Одним из путей повышения водостойкости магнезиального камня является получение и применение смешанных магнезиальных вяжущих веществ при введении в их состав тонкодисперсных активных минеральных добавок, в качестве которых могут быть использованы природные силикаты магния, цеолиты, доменные гранулированные шлаки, золы тепловых электростанций, горелые породы и др. Наряду с повышением водостойкости использование активных минеральных добавок позволяет экономить дорогостоящий магнезиальный компонент смешанного вяжущего вещества.
Другой путь повышения водостойкости магнезиального камня - выбор и применение комплексных затворителей, содержащих различные добавки, способствующие получению водостойких продуктов гидратации. В качестве затворителей для магнезиальных вяжущих могут быть использованы: природная рапа соленых озер; рассолы, получаемые после извлечения из рапы ряда ценных компонентов; отходы машиностроительных заводов, так называемые травильные растворы, а также традиционные затворители - растворы хлорида и сульфата и магния с различными добавками. Использование рапы, рассолов и отходов машиностроитепьньгх производств в качестве затворителей также позволит снизить стоимость получаемых магнезиальных бетонов и растворов. Применение оптимальных затворителей с соответствующими добавками позволяет также повысить карбонизационную стойкость магнезиального камня. Разработка составов смешанных магнезиальных вяжущих и подбор дешевых затворителей, способствующих повышению долговечности магнезиальных материалов, может значительно расширить области применения этих вяжущих веществ.
Работа выполнялась в рамках программ "Сибирь" и "Алтай".
Цель и задачи исследований
Цепью настоящей работы является разработка составов смешанных магнезиальных вяжущих веществ и подбор затворителей к ним с целью получения долговечного магнезиального камня; разработка технологии изготовления строительных материалов на основе смешанных магнезиальных вяжущих веществ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
определение влияния вида и количества активных минеральных добавок в составе смешанного магнезиального вяжущего на свойства магнезиального камня;
выбор и оценка влияния различных видов затворителей, в том числе комплексных затворителей. на свойства магнезиаль-
ного камня (плотность, прочность, пористость, водостойкость, линейные деформации при твердении);
исследование физико-химических процессов взаимодействия компонентов при твердении смешанных магнезиальных вяжущих веществ;
изучение карбонизационной стойкости магнезиального камня и анализ механизма процесса карбонизации;
подбор составов сырьевых смесей и технологий получения строительных материалов на основе смешанных магнезиальных вяжущих веществ.
Научная новизна
I. В результате изучения влияния различных количеств гидравлически активных компонентов установлено, что введение 10-20 % цеолита или высококальциевой золы бурых углей Кан-ско-Ачинского бассейна способствует повышению водостойкости магнезиального камня при достаточно высокой прочности в случаях затворекия растворами сульфата и хлорида магния, а также комплексными затворителями на основе хлорида.
-
Определение величин изменения линейных размеров показало, что твердение в воздушно-влажных условиях смешанных вяжущих всех составов сопровождается расширением. Большим расширением характеризуются смешанные вяжущие с добавкой золы при всех видах затворителя, кроме сульфата магния. Величина расширения возрастает с увеличением количества добавки от 0 до 30 %, затем постепенно уменьшается. К заметному увеличению расширения приводит использование комплексных затво-рителей, содержащих сульфаты алюминия и железа.
-
Оценка влияния вида затворителей на свойства смешанных магнезиальных вяжущих веществ показала, что наиболее стабильные результаты достигаются при использовании в качестве затворителя растворов сульфата магния или комплексных затворителей на его основе. В зольно-магнезиальных композициях, содержащих более 20 % золы, не рекомендуется применение в качестве затворителя хлорида магния, так как наблюдается большое расширение при твердении в воздушно-влажных условиях.
-
Изучение составов продуктов гидратации химическим, дифференциально-термическим, термогравиметрическим и рентгенографическим методами анализа показало, что продукты гидратации оксида магния в воде представляют собой твердые растворы оксида и гидроксида. На рентгенограммах присутствуют дифракционные максимумы большой интенсивности, принадлежащие оксиду магния. При затворении растворами хлорида или сульфата магния образуется твердый раствор оксида и соли, в его
составе может быть также часть гидроксида. При наличии в системе полуторных оксидов, вводимых с активной минеральной добавкой.или катионов алюминия и железа, вводимых за счет добавок в комплексные затворители, в продуктах гидратации магнезиальных вяжущих веществ возможно образование магниевых аналогов этрингита. Вероятно это является причиной значительных расширений образцов при наличии в составе затворите-пей сульфата алюминия или сульфата железа.
5. Изучена кинетика процесса карбонизации магнезиального камня. Показано, что скорость поглощения углекислого газа под давлением значительно больше у камня, полученного при затво-рении каустического магнезита хлоридом магния. Продукты гидратации, получаемые при затворении сульфатом магния, не только медленнее карбонизируются, но и в целом поглощают меньшее количество углекислоты.
Практическая ценность
На основании результатов проведенных исследований предложены оптимальные составы смешанных магнезиальных вяжущих веществ с различными затворителями в виде чистых магнезиальных солей, природной рапы соленых озер, а также отходов промышленности.
Установлено, что для смешанных магнезиальных вяжущих, особенно изготовленных с использованием высококальциевых зол бурых углей КАБ, уменьшению линейных деформаций при твердении, повышению водостойкости и воздухостойкости способствует применение в качестве затворитеяя растворов сульфата магния.
Показано, что в качестве самостоятельных затворитеяей или как добавка при изготовлении комплексных затворителей на основе солей магния, могут быть использованы травильные растворы - отходы гальванических производств машиностроительных заводов.
Получены и испытаны сухие отделочные смеси на основе смешанных магнезиальных вяжущих веществ.
Составлен технологический регламент на производство сухих отделочных смесей на основе смешанных магнезиальных вяжущих веществ.
Реализация работы
Полученные результаты по составу и свойствам сухих отделочных смесей, разработанный технологический регламент на производство сухих отделочных смесей на основе смешанных магнезиальных вяжущих веществ приняты объединением ''Алтайстройконструкция" в качестве исходных данных для про-
7 актирования участка по производству сухих смесей для внутренней отделки зданий.
Апробация работы
Основне положения и результаты исследований докладывались на 54-56 научно-технических конференциях студентов , аспирантов и профессорско-преподавательского состава АлтГ-ТУ в 1996-1998 г.г., на 55 научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава с участием представителей строительных, проектных и НЙО в г. Новосибирске в 1998г., международной научно-технической конференции «Резервы производства строительных материалов» в г. Барнауле в 1997 г., международной конференции «Четвертые академические чтения: «Актуальные проблемы строительного материаловедения» » в г. Пензе в 1998 г., всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительного материаловедения» в г. Томске в 1998 г.
Структура и объем диссертации, Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений.
