Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ литературных данных по вопросам производства магнезиальных вяжущих и материалов на их основе
1.1 Свойства магнезиальных вяжущих, полученных обжигом магнезитов
1.1.1 Каустический магнезит 11
1.1.2 Каустический магнезит низкотемпературного обжига 17
1.2 Свойства магнезиальных вяжущих, полученных обжигом доломита
1.3 Магнезиальные вяжущие вещества на основе промышленных отходов
1.4 Получение магнезиальных вяжущих веществ из брусита 25
1.5 Свойства материалов на основе смешанных магнезиальных вяжущих веществ
1.6 Строительные материалы на основе магнезиальных вяжущих веществ
Основные выводы, цели и задачи исследования 35
2. Материалы и методики исследований 3 8
2. 1. Характеристика исходных материалов 38
2.1.1. Брусит 3 8
2.1.2 Низкообжиговое магнезиальное вяжущее на основе брусита 39
2.2 Минеральные добавки 39
2.2.1. Доломит 39
2.2.2. Дунит 40
2.3 Органическая добавка - лигнин
2.4. Затворители 42
2.5 Пенообразователи 42
2.6 Методика изготовления и испытания образцов 43
2.6.1 Методика искусственной карбонизации 45
3 Особенности свойств магнезиальных вяжущих из кульдурского брусита
3.1 Влияние температуры обжига брусита на активность получаемого оксида магния
3.1.1. Тесто нормальной густоты каустического брусита 52
3.1.2 Сроки схватывания высокоактивного оксида магния при применении различных затворителей
3.2 Взаимодействие высокоактивного магнезиального вяжущего с различными затворителями
3.2.1 Свойства низкообжигового каустического брусита при затворении растворами солей.
3.2.2 Свойства магнезиального камня, полученного на основе каустического брусита, затворенного водой.
3.3 Продукты гидратации каустического брусита при взаимодействии с различными затворителями
3.4 Карбонизационная стойкость магнезиального камня на основе -каустического-брусита
Выводы по главе 3 80
4. Смешанные магнезиальные вяжущие на основе низкообжигового каустического брусита
4.1. Смешанные магнезиальные вяжущие на основе высокоактивного каустического брусита с минеральными добавками
4.1.1. Смешанные магнезиальные вяжущие с добавкой доломита 83
4.1.2. Смешанные магнезиальные вяжущие с добавкой дунита 86
4.1.3 Продукты гидратации смешанных магнезиальных вяжущих с минеральными добавками
4.2. Смешанные магнезиальные вяжущие с органической добавкой 93
4.2.1. Смешанные магнезиальные вяжущие с добавкой лигнина при затворении раствором MgCb
4.2.2. Лигно-магнезиальные вяжущие, затворенные водой 96
4.2.3. Продукты гидратации лигно-магнезиальных вяжущих при затворении раствором MgCb и водой
4.3 Карбонизационная стойкость продуктов гидратации смешанных магнезиальных вяжущих.
Выводы по главе 4 104
5 Получение теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов из смешанных магнезиальных вяжущих на основе каустического брусита
5.1 Состав и свойства пенобетона на основе смешанных магнезиальных вяжущих из высокоактивного каустического брусита в активными минеральными добавками
5.1.1 Получение пен для изготовления пенобетона 108
5.1.2 Технология получения и свойства пенобетона на основе смешанных магнезиальных вяжущих
5.2 Лигно-магнезиальные конструкционно-теплоизоляционные материалы
5.2.1 Свойства лигно-брусита 112
5.2.2 Технология изготовления конструкционно-теплоизоляционных материалов на основе каустического брусита с добавкой лигнина
5.3 Лигно-магнезиальные теплоизоляционные материалы 116
5.3.1 Свойства теплоизоляционных материалов на основе каустического брусита с добавкой лигнина и пенополистирольными гранулами
Выводы по главе 5 120
Выводы 121
Литература 124
Приложение
- Каустический магнезит низкотемпературного обжига
- Низкообжиговое магнезиальное вяжущее на основе брусита
- Сроки схватывания высокоактивного оксида магния при применении различных затворителей
- Смешанные магнезиальные вяжущие с добавкой доломита
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время значительно возросли, и продолжают расти, цены на основной компонент традиционных строительных материалов - цемент. В связи с увеличением объемов современного строительства в связи с нехваткой вяжущего широко используется цемент, импортируемый из-за границы.
Дефицит вяжущих требует расширения их номенклатуры, а также использования отходов различных промышленных производств. Это обеспечивает экономию природных ресурсов, снижение энергозатрат на производство сырья и материалов на его основе.
В странах Европы и Китае наряду с цементом в производстве строительных материалов широко применяются магнезиальные вяжущие. Из других стран на наш рынок поступают материалы на их основе. Несмотря на огромные запасы высокомагнезиального сырья, в России не получило распространение производство по получению магнезиальных вяжущих веществ и изготовление строительных материалов на их основе, хотя в последние годы стало больше внимания уделяться изучению свойств магнезиальных цементов на основе таких горных пород, как магнезиты и доломиты различных месторождений.
Уникальным сырьем для производства магнезиальных вяжущих веществ является брусит, в котором содержание оксида магния является максимальным по сравнению с другими видами магнезиального сырья. Кроме того, активный MgO можно получать при обжиге брусита при температуре 450-500С.
Однако, оксид магния, полученный при низкотемпературном обжиге сырья характеризуется очень высокой активностью и способен быстро взаимодействовать с затворителями — растворами солей магния, вызывая разогрев магнезиального теста и камня до 70-100С и образование сквозных трещин.
Изучение свойств низкообжигового магнезиального вяжущего, методы устранения трещинообразования магнезиального камня, исследование влияния различных добавок, позволит разработать составы для получения бездефектных материалов на основе каустического брусита, расширить сырьевую базу вяжущих веществ. При этом частично решается проблема утилизации отходов целлюлозной и горнорудной промышленности.
Настоящая работа выполнялась в рамках плановых научных работ Алтайского государственного технического университета и хозяйственных договоров 13-08 и 4-07 с ООО «Новинком».
Цель работы.
Разработка не склонного к растрескиванию в процессе гидратации и твердения магнезиального вяжущего, полученного низкотемпературным обжигом бруситовой породы.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
выявить причины трещинообразования магнезиального камня на основе низкообжигового каустического брусита;
исследовать влияние минеральных и органических добавок на свойства получаемого смешанного магнезиального вяжущего;
— исследовать физико-химические процессы взаимодействия
компонентов при твердении магнезиальных вяжущих веществ на основе
каустического брусита;
— подобрать оптимальные затворители для получения прочного
магнезиального камня из высокоактивного магнезиального вяжущего;
— разработать составы и технологии изготовления теплоизоляционных
и теплоизоляционно-конструкционных материалов на основе
низкообжигового каустического брусита.
Научная новизна работы:
1. Установлено, что при низкотемпературном обжиге ( 450-500С)
брусита образуется высокоактивный оксид магния, при взаимодействии с
водой образующий прочный бездефектный магнезиальный камень.
Коэффициент размягчения такого магнезиального камня более 0,7.
Установлено, что в смесях низкообжигового каустического брусита с гидролизным лигнином, при затворении водой, остатки серной кислоты из лигнина переходят в раствор и реагируют с высокоактивным оксидом магния с образованием гидроксосульфатов, что является основой получения смешанного магнезиального вяжущего.
Установлено, что высокоактивный оксид магния, образующийся в результате низкотемпературного обжига брусита при взаимодействии с водой и растворами солей гидратируется полностью, продуктами гидратации являются гидроксид магния, гидроксохлориды магния или гидроксосульфаты.
Практическая ценность:
1. Разработаны технологические параметры производства
конструкционно-теплоизоляционных материалов на основе лигно-
магнезиального вяжущего при затворении сырьевой смеси водой.
2. Предложены составы производства быстро твердеющих пенобетонов
различной плотности и назначения на смешанном магнезиальном вяжущем,
полученном из низкообжигового каустического брусита с минеральными
добавками.
3. Предложены составы для производства теплоизоляционных
материалов, включающих каустический брусит, лигнин^ и
пенополистирольные гранулы при использовании в качестве затворителя
воды.
4. Выпущена опытно-промышленная партия лигно-брусита, результаты физико-механических испытаний которой подтверждают результаты лабораторных исследований
Реализация результатов работы ;
Результаты проведенных исследований реализованы при выпуске опытно-промышленной партии конструкционно-теплоизоляционного лигно-брусита, изготовленного из низкотемпературного каустического брусита с добавкой лигнина.
Испытания проведены в период с 21.04.08 г. по 25.04.08 г. при участии сотрудников кафедры «Строительные материалы» Алтайского государственного технического университета им. И.И.Ползунова под руководством д.т.н., проф. В.К.Козловой с участием сотрудников ООО «Новинком».
На защиту выносятся:
1. Способы устранения трещинообразования магнезиального камня на
основе высокоактивного магнезиального вяжущего, полученного
низкотемпературным обжигом брусита.
Композиции на основе каустического брусита, позволяющие получать прочный, не склонный к растрескиванию магнезиальный камень на основе смешанного магнезиального вяжущего с активными минеральными добавками.
Обоснованность применения в качестве затворителя воды для получения смешанных магнезиальных вяжущих с использованием гидролизного лигнина.
4. Теплоизоляционные и теплоизоляционно-конструкционные
материалы на основе смешанных магнезиальных вяжущих из
высокоактивного каустического брусита.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на десятых академических чтениях РААСН «Достижения, проблемы и направления развития теории и практики строительного материаловедения», г. Казань, 2006 г.; на XIII Международном семинаре Азиатско-Тихоокеанской академии материалов (АТАМ) «Строительные и отделочные материалы. Стандарты XXI века» НГАСУ, г. Новосибирск, 2006 г.; на Международной научно-практической конференции «Строительство -2007», Рост. гос. строительный ун-т, г. Ростов-на-Дону, 2007 г; на Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии», БГТУ, г. Белгород, 2007 г.
Публикации.
Основные положения диссертации опубликованы в 11 работах, в том числе в двух статьях в центральном рецензируемом издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов по работе, списка литературы из 111 наименований и 1 приложения. Работа изложена на 138 страницах текста, содержит 17 таблиц, 36 рисунков.
Каустический магнезит низкотемпературного обжига
Автор [19] оптимальными условиями обжига савинского магнезита на каустический магнезит для магнезиальных вяжущих — 600 С с выдержкой 1 час, Было отмечено, что при обжиге сырья в этом температурном интервале обеспечивается получение активного MgO. При этом наличие примесей Si02 до 1,6 % в исходном магнезите не сказывается на качестве магнезиальных вяжущих.
По мнению автора [19], продуктами твердения магнезиальных вяжущих являются три-, пентаоксигидрохлориды магния и брусит. Повышенный коэффициент размягчения и прочность магнезиальным вяжущим придает триоксигидрохлорид магния. По результатам рентгенофазового анализа отмечена достаточно высокая интенсивность рефлекса триоксигидрохлорида магния у затвердевшего магнезиального вяжущего на основе каустического магнезита Савинского месторождения, обожженного при температуре 600 С. По данным автора, в продуктах твердения смешанных магнезиальных вяжущих на основе каустического магнезита с добавками диопсида и микрокремнезема также доминирует более устойчивый триоксигидрохлорид магния.
Каустический магнезит, полученный обжигом при температуре 600 С не уступает по многим характеристикам обожженному при более высокйх температурах. Введение оптимального количества добавок, повышающих прочностные показатели и водостойкость магнезиального камня, позволяет получать материалы высокого качества. Учитывая, что разложение чистого MgCC 3 начинается при температуре 400 С, а природного - при более высокой, имеет смысл температуру обжига снизить до 500-550 С. Снижение температуры обжига приводит не только к значительной экономии достаточно дорогой электроэнергии, но и к повышению активности MgO. Следовательно, даже при неполном разложении магнезита, при более низких температурах обжига, возможно получение высокоактивного магнезиального вяжущего. При увеличении активности магнезиального вяжущего, возможно применение большего количества добавок, либо снижения концентрации затворителеи, что значительно удешевляет производство материалов на основе таких магнезиальных вяжущих. Одним из сырьевых источников для получения магнезиальных вяжущих веществ являются доломиты. Доломит представляет собой двойной карбонат кальция и магния MgC03-CaC03. Рациональный состав чистого доломита следующий: MgCC 3-45,8 %, СаСОз - 54,2% В пересчете на оксиды чистый доломит будет содержать: MgO-21,87% СаО-30,41% С02 - 47,72 %. Кроме основных компонентов в доломите встречаются примеси Si02, FeO, Fe203, А1203, МпО, органические вещества и другие.
Доломиты принадлежат к числу широко распространенных горных пород. В природе существуют разновидности аморфного и кристаллического доломита. В Западной Сибири высококачественные доломиты расположены в Горной Шории - это месторождения Большая гора и Таензинское. Запасы доломитов в этих месторождениях более 140 млн. т. Имеются залежи доломита в Северной части Кузнецкого Алатау, на Урюпинском участке.
Другие [6] указывают на то, что при нагреве доломита до температуры 735С из него образуются MgO и твердый раствор MgC03 nCaC03 (n»l), а при температуре около 900С - MgO и СаО.
Резкой границы разложения MgC03 и СаС03 в указанном интервале температур не существует. Выделение С02 из магнезиальной карбонатной составляющей доломита неизбежно сопровождается частичным разложением карбоната кальция.
Для получения каустического доломита в промышленньгхГмасштабах используют в основном одностадийный обжиг, в печах различной конструкции, при температуре 650-750С. Контроль температурного режима обжига при получении каустического доломита очень важен, т.к. незначительное колебание температуры может отрицательно сказаться на его качестве.
Повышение температуры обжига может привести к разложению СаСОз и выделению оксида кальция, содержание которого в каустическом доломите строго нормируется (СаОСПоб 2%). При повышении этого предела прочностные свойства изделий на его основе резко ухудшаются.
С другой стороны, если температура обжига доломита будет менее 700С, то в продукте останется большое количество неразложившегося MgCC 3, что также снизит прочностные свойства изделий на его основе.
При сравнении аморфной и кристаллической разновидностей доломитов было выяснено, что выделение углекислого газа, связанного с MgO, в них происходит при различных температурах. Температура разложения карбоната кальция в аморфном доломите на 50 С ниже, чем в кристаллическом [1]. Поэтому аморфный доломит, обладающий большим температурным интервалом разложения MgCC 3 и СаСОз, является более подходящим материалом для производства каустического доломита.
Многочисленные исследования показали, что на качество каустического доломита оказывает существенное влияние не только температура обжига, но и продолжительность.
В разное время состав и свойства обожженных доломитов изучались В.Н. Юнгом, Байковым А.А., Кузнецовым A.M. [29], Буттом Ю.М., Богомоловым Б.Н., Дворкиным Л.И. [30,31] и рядом других исследователей, которые отмечали, что режим температурной обработки сырья оказывает большое влияние на свойства вяжущего.
В работе [30] отмечается, что с повышением температуры и длительности обжига ускоряется процесс рекристаллизации MgO, что приводит к снижению активности вяжущего, так же как и для каустического магнезита.
Низкообжиговое магнезиальное вяжущее на основе брусита
В качестве минеральной добавки для высокоактивного магнезиального вяжущего использовался отсев, получаемый при дроблении доломита (остаток на сите %008 не более 15%). Либо природный доломит подвергался дроблению в щековой дробилке и помолу в шаровой мельнице в течение 2,5-3 часов (до остатка на сите №008 не более 15%).
Дуниты слагают многие массивы, входящие в состав щелочно-ультраосновных формаций. Они расположены по всей территории России — с запада на восток с Уральского Платиноносного пояса через Восточную Сибирь на Дальний Восток [70].
В качестве активной минеральной добавки в работе был использован дунит Йоко-Довыренского месторождения.
Общие запасы свежих дунитов Иоко-Довыренского месторождения можно оценить миллиардами тонн, при детальных поисково-оценочных работах_врзможнр выделение блоков с содержанием MgO более_40% с запасами, по крайней мере, в десятки миллионов тонн [71, 72].
Дуниты являются отходами обогатительных фабрик при обработке хромитовых руд и представляют собой ультраосновную породу, состоящую из минералов группы оливина, содержащую до 18% фаялита Fe2[Si04]. Химический состав дунита приведен в таблице 2.3.
Гидролизный лигнин получают в качестве остатка от гидролиза растительного сырья. Гидролизный лигнин используют в качестве топлива, наполнителя, сгорающих добавок, для производства углеродистых материалов и сорбентов. Создание новых технологий глубокой химической переработки древесины тесно взаимосвязано с проблемой квалифицированного использования лигнина, составляющего 20...30% массы древесного сырья [73].
Лигнин — полифункциональный полимер. Его функциональные группы весьма разнообразны: метоксильные, гидроксильные фенольные и алифатические, карбонильные альдегидные и кетонные, карбоксильные, а также двойные связи алкенового типа [74]. Кроме того в гидролизном лигнине содержатся остатки серной кислоты (до 2,5%), используемой для обработки древесины.
В данной работе использовался гидролизный лигнин предприятий химической переработки древесины Красноярского края. В среднем содержание H2SO4 в нем составляет 1,6% [75]. В качестве затворителей использовались водные растворы солей магния различной концентрации, дистиллированная вода, водопроводная вода, удовлетворяющая требованиям ГОСТ 23732-85 и раствор слабой угольной кислоты. В экспериментах использовали водный раствор MgS04 плотностью 1200 кг/м . Раствор MgS04 готовили путем растворения эпсомита (MgS04-7H20) квалификации "чда" (ГОСТ 4523-77) в воде до получения растворов заданных концентраций. Также использовался водный раствор MgCl2 плотностью 1170 кг/м3. Раствор MgCl2 готовили путем растворения бишофита (MgCL-6H20) квалификации "ч" (ГОСТ 4209-77) в воде до получения растворов заданных концентраций. 2.5 Пенообразователи В качестве пенообразователей для изготовления пенодоломита использовали: ПБ-2000, «Неопор». ПБ-2000 - пенообразователь, произведенный ОАО «Ивхимпром», удовлетворяющий требованиям ТУ 2481-185-05744685-01. Он представляет собой однородную прозрачную жидкость от светло-желтого до коричневого цвета. «Неопор» - используется в качестве пенообразователя для получения легкого пористого бетона [76, 77]. Он представляет собой жидкость темно-коричневого цвета на протеиновой основе, которая является экологически чистым, химически нейтральным продуктом, не содержащим хлориды, пеноконцентрат, который обеспечивает высочайшее качество пенообразования. Использование "Неопора" регламентируется следующей нормативной и технологической документацией: ТУ 653 РК 15259714 ТОО 03-98, ГОСТ 25485-89, ГОСТ 21520-89. Разработчик нормативной документации ТОО Компания "Кунай-стройсервис", Казахстан, г. Костанай.
Для изучения основных физико-химических свойств магнезиальных вяжущих веществ из теста нормальной густоты готовили образцы-кубики размером 2x2x2 мм [78]. Твердение образцов осуществлялось в воздушных условиях. Предел прочности при сжатии определялся на гидравлическом прессе П-10 в соответствии с ГОСТ 310.4. Нормальная густота и сроки схватывания вяжущих оценивались в соответствии с ГОСТ 310.3, а также по методике испытаний вяжущих веществ в малых образцах [78]. Ввиду несоответствия методик определения данных показателей для бездобавочного высокоактивного магнезиального вяжущего, полученного низкотемпературным обжигом брусита, образцы изготавливались из удобоформуемого теста с количеством затворителя, превышающем значение нормальной густоты. Пенобетон на основе каустического брусита с минеральными добавками. Для приготовления пенобетонной массы использовали метод получения пенобетонов, который заключается в том, что тесто из вяжущего и пена готовятся отдельно, а затем смешиваются; Определение кратности и стойкости пен проводилось в соответствии с методикой, описанной [79]. Готовую пенобетонную массу заливали в формы 50x50x50 мм, и после набора распалубочной прочности образцы извлекали из форм.
Сроки схватывания высокоактивного оксида магния при применении различных затворителей
При затворении магнезиальных вяжущих, получаемых обжигом магнезита, растворами солей начало схватывания наступает не ранее 20 минут, а конец - не позднее 6 часов от начала затворения. Сроки схватывания очень сильно зависят от температуры обжига магнезита и тонкости его помола. Более тонкий помол и недожог ускоряют процесс схватывания каустического магнезита.
При обжиге брусита активность получаемого оксида магния настолько велика, что гидратация его при затворении растворами солей протекает с чрезвычайно высокой скоростью. Начало схватывания такого вяжущего при затворении 20%-ными растворами хлорида и сульфата магния наступает через 3-5 минут, а конец - через 5-7 минут.
На сроки схватывания оказывает влияние концентрация соли в применяемом затворителе. Применение менее концентрированных растворов солей магния приводит к снижению скорости гидратации, следовательно, к замедлению схватывания магнезиального теста. Сроки схватывания магнезиального вяжущего из каустического брусита при затворении растворами MgCb и MgS04 различаются незначительно. Применение известных замедлителей схватывания, таких как винная кислота, борная кислота и др., которые значительно растягивают сроки схватывания других вяжущих [84], неэффективно для низкообжигового каустического брусита. Введение добавок-замедлителей в любом количестве значительно ускоряет схватывание теста. Введение 0,05% добавки от массы вяжущего сокращает сроки схватывания в 1,5-2 раза, увеличение добавки до 0,1-0,5% - в 3-4 раза. В процессе гидратации и твердения протекает интенсивная экзотермическая реакция, сопровождаемая образованием сквозных трещин на магнезиальном камне.
Увеличение соотношения вяжущего и затворителя удлиняет сроки схватывания. Применение избыточного количества раствора солей по отношению к массе высокоактивного оксида магния приводит не только к удлинению сроков схватывания, но и увеличению времени между началом и концом схватывания. По данным [1] для затворения каустического магнезита наиболее рационально применение в качестве затворителеи для магнезиальных вяжущих растворов солей плотностью 1,17 г/см и выше. Применение менее концентрированных затворителеи приводило к резкому падению прочности получаемого материала.
Особенностью взаимодействия высокоактивного MgO, полученного при низкотемпературном обжиге брусита, с растворами солей является то, что при затворении происходит мгновенное взаимодействие с растворами солей с выделением значительного количества тепла. В результате реакций гидратации, протекающих между оксидом магния и затворителем, происходит разогрев сначала магнезиального теста, а затем и камня.
Протекание экзотермической реакции при взаимодействии высокоактивного MgO с растворами солей является одной из важнейших причин трещинообразования низкообжиговых магнезиальных вяжущих. Термические трещины на магнезиальном камне появляются в результате нагрева при гидратации от 30 С до 100 С.
Интенсивность и скорость разогрева очень сильно зависят от концентрации растворов, а также соотношения массы каустического брусита и затворителя.
При использовании в качестве затворителей менее концентрированных растворов хлорида и сульфата магния было замечено, что образование сквозных термических трещин на образцах, начинается при использовании растворов выше 5%-ной концентрации. Однако, разогрев и образование мелкой сетки трещин наблюдается при затворении растворами и меньшей концентрации.
Несмотря на существенное снижение концентрации затворителей, образцы имели достаточно высокие показатели прочности при сжатии. На образцах, затворенных растворами солей, концентрацией ниже 5%, отмечено присутствие поверхностных трещин. При повышении концентрации до 5-20% образцы покрыты сквозными трещинами. Несмотря на разогрев и трещинообразование, отдельные образцы магнезиального камня, полученные затворением каустического брусита растворами солей концентрацией 10% и выше, имели высокие показатели прочности при сжатии (более 30 МПа). По данным [25], применение в качестве затворителей растворов сульфата и хлорида магния концентрацией 20% в количестве большем, чем показатели теста нормальной густоты (для каустического магнезита 48-50%; для каустического доломита — 36-37%) вызывало резкое снижение прочности.
Для высокоактивного магнезиального вяжущего при количестве затворителя 50% от массы вяжущего протекает бурная реакция с большим выделением теплоты, разогрев камня достигает температуры 100 С, вызывая закипание и испарение содержащейся в тесте воды через несколько минут после начала реакции, а магнезиальный камень покрывается крупными сквозными трещинами. При количестве затворителя 60—70% экзотермическая реакция протекает в течение 30 минут. Максимальное значение температуры разогрева, 70-80 С достигается через 20 минут, образцы также покрываются сквозными трещинами. Только при значительном увеличении количества затворителя реакция протекает значительно медленнее, не вызывая разогрева и деструкции магнезиального камня. Несмотря на очень высокую потребность в затворителе, в отличие от других магнезиальных вяжущих, каустический брусит образует достаточно прочный магнезиальный камень.
Пределы прочности при сжатии магнезиального камня, полученного затворением каустического брусита сульфатом магния значительно ниже, чем для материала, полученного при затворении хлоридом магния. Для магнезиального камня, полученного при взаимодействии каустического брусита с раствором MgCb, максимальная прочность образцов наблюдается для состава, на котором отсутствуют трещины, то есть, при содержании 130 мл затворителя на 100 г вяжущего.
Смешанные магнезиальные вяжущие с добавкой доломита
Доломит является двойной солью Са и Mg - Ca,Mg(C03)2- Содержание магнезиального компонента в доломите позволяет использовать его в качестве эффективной добавки к каустическому бруситу. Ввиду высокой активности получаемого MgO введение минеральных добавок положительно сказывается на прочности магнезиального камня. Применение добавки доломита в количестве до 50% не исключает трещинообразования. Магнезиальное тесто быстро схватывается, разогреваясь в процессе гидратации и твердения до температуры 35-40 С. Магнезиальный камень, полученный при гидратации каустического брусита, с добавкой доломита в количестве менее 50% покрыт сквозными трещинами. Увеличение количества доломита от 50% до 70% исключает появление сквозных трещин на магнезиальном камне, однако, сохраняются мелкие трещины на поверхности, либо внутренние микротрещины, которые становятся заметны при помещении образцов в воду. Введение добавки доломита в количестве 80% исключает трещинообразование. При этом материал обладает достаточно высокими показателями прочности при сжатии. Однако при введении доломита 90% и более существенно снижается прочность получаемых изделий. Магнезиальный камень при содержании доломита 80-90% обладает достаточной водостойкостью для магнезиальных вяжущих (Кра3м.=0,5-0,52).
Для вяжущего полученного с добавкой доломита характерна высокая скорость набора прочности в ранние сроки твердения (в 14-суточном возрасте достигается 90-99% от 28-суточной прочности). Сроки схватывания получаемого смешанного магнезиального вяжущего на основе низкообжигового каустического брусита зависят от количества вводимой добавки доломита. Анализируя полученные данные можно сделать выводы, что образующиеся в результате затворения высокоактивного каустического брусита раствором хлорида магния гидроксохлориды и гидроксид магния являются цементирующей связкой, скрепляющей отдельные частицы молотого доломита. В результате получается плотная и прочная структура, своеобразный микробетон. Так как молотый доломит играет в основном роль своеобразного наполнителя, следовательно снижается расход затворителя, требуемого для образования магнезиального камня на основе получаемой сырьевой смеси.
Авторами [43] было установлено, что содержание силикатов обеспечивает смешанным магнезиальным вяжущим при твердении высокую прочность при оптимальном их содержании и достаточную водостойкость. В состав дунитов входят силикат магния (форстерит) и силикат железа (фаялит) [91]. За счет магнезиальной составляющей минерала дунита его применение в качестве добавки, так же, как доломита, является наиболее рациональным. Кроме того, по данным авторов [33, 37] при химическом взаимодействии магнезиальных составляющих с силикатной подложкой возможно образование прочных и очень плотных структур магнезиального камня Так как получаемый при низкотемпературном обжиге оксид магния обладает высокой активностью, введение менее 50% дунита не исключает трещинообразование. При содержании 20-50% добавки в процессе гидратации и твердения происходит разогрев материала и образуются сквозные трещины.
При введении дунита в количестве 60-70% через 1-2 часа после схватывания теста на поверхности магнезиального камня образуются мелкие трещины. Прочность такого материала достаточно высока, однако по причине трещинообразования наблюдается разброс показателей предела прочности при сжатии. Присутствие на магнезиальном камне даже незаметных невооруженным взглядом трещин вызывает колебания прочностных характеристик. При помещении такого материала в воду и выдержке до 48 часов образуются трещины, так как вода, попадая в микроскопические трещины и реагируя с растворимыми гидроксохлоридами в составе цементирующей связки, вызывает увеличение их размеров и разрушение образцов.
Содержание дунита в количестве 80% и более от массы каустического брусита при затворении 20%-ными растворами хлорида и сульфата магния исключает трещинообразование магнезиального камня в процессе гидратации и твердения. Несмотря на большое количество минеральной добавки, не обладающей вяжущими свойствами, получаемый магнезиальный камень имеет высокую прочность при сжатии [92].
При соотношении дунит : каустический брусит 4-4,5:1 исключает протекание экзотермической реакции в процессе гидратации и способствует сохранению целостности структуры магнезиального камня [93].
Значительное уменьшение количества активного MgO за счет вводимых добавок позволяет увеличить время схватывания и исключает трещинообразование при оптимальном соотношении компонентов смешанного магнезиального вяжущего. Несмотря на большое количество дунита (до 90% масс.) полученное магнезиальное тесто быстро схватывается.
