Ангидритовые композиции, модифицированные ультрадисперсной добавкой на основе MgO Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 666.913

Ю.В. ТОКАРЕВ, канд. техн. наук (tokarev_01@list.ru), Г.И. ЯКОВЛЕВ, д-р техн. наук,

Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова;

А.Ф. БУРЬЯНОВ, канд. техн. наук, Московский государственный строительный университет

Ангидритовые композиции, модифицированные ультрадисперсной добавкой на основе MgO

Ангидритовые вяжущие, обладая положительными свойствами, имеют ряд известных недостатков и требуют улучшения физико-механических показателей. Самый простой и перспективный способ улучшения их свойств — введение добавок. Большинство авторов полагает, что повышение показателей при использовании добавок связано с образованием плотной структуры минеральной матрицы. Так, в работах [1—2] уплотнение структуры происходит за счет формирования низкоосновных гидросиликатов кальция. В работах [3—5] добавки играют роль центров кристаллизации, приводящих к формированию плотной и мелкокристаллической структуры. Повышение плотности структуры достигается при введении полимерных добавок [6]. Ранее показано [7], что алюмосодержащие ультрадисперсные добавки в небольших количествах способны приводить к повышению механических показателей до двух раз за счет структурирования ангидритовой матрицы. Между тем, остается до конца неясным механизм действия добавок в формировании структуры. Целью данной работы являлось изучения влияния ультрадисперсного каустического магнезита на физико-механические свойства и структуру ангидритового вяжущего.

Была выдвинута гипотеза о том, что введение каустического магнезита позволит интенсифицировать процесс кристаллизации растворенного вещества за счет более высокого поляризующего действия катионов магния на структуру жидкой фазы, что связано с меньшим радиусом катиона М§2+ по сравнению с радиусом катиона Са2+ (0,74 А и 1,04 А соответственно) [8]. Поляризация молекул воды будет приводить к упорядочиванию структуры кристаллогидратных новообразований с последующим повышением физико-механических свойств ангидритовой матрицы.

При проведении исследования в качестве вяжущего использовался природный ангидрит Ергачевского месторождения (Кунгурский район, Пермский край). В качестве добавки использовался ультрадисперсный магнезит — порошок магнезитовый каустический ПМК-75 (содержание оксида магния — 75%), являющийся отходом производства огнеупоров. Для определения прочностных характеристик исследуемых составов изготавливались стандартные образцы-балочки со сторонами 4x4x16 см с последующим проведением механических испытаний. Структура ангидритовой матрицы изучалась методами рентгенофазового, дифференциально-термического, ИК-спектрального анализа и растровой электронной микроскопии (РЭМ).

Анализ физико-механических испытаний показал (рис. 1), что прочность при сжатии образцов-балочек с добавлением каустического магнезита возрастает на 70% по сравнению с контрольным образцом при оптимальном содержании добавки 2%. При концентрации добавки в интервале 1—2% (рис. 1) по поверхности ультрадисперсных частиц происходит структурная ориен-

тация ангидритовой матрицы, при этом достигается переход матрицы из объемного состояния в пленочное, которое отличается упорядоченностью структуры и повышенной плотностью и прочностью. Снижение прочности при повышенном содержании добавки (более 2%) объясняется дефицитом вяжущего для покрытия всей поверхности введенной ультрадисперсной добавки [9].

При сравнении рентгеновских спектров можно заметить снижение интенсивности полос соответствующих ангидриту (ёа = 3,5 и 1,75 А) и увеличение интенсивности линий соответствующих двуводному гипсу (ёа = 7,62; 4,29; 3,8; 3,07 А), что свидетельствует об интенсификации процессов гидрато- и структурообра-зования.

Анализ ИК-спектров образцов показал (рис. 2), что интенсивность полос поглощения изменяется незначительно. Однако происходит смещение линий поглощения, соответствующим 8042- (1108,053 и 1114,803 см-1) в длинноволновую область, что говорит об увеличении длины связи между атомами кислорода и кальция. Также происходит очень сильное смещение линий поглощения, соответствующих деформационным колебаниям воды (1684,26 и 1637,01; 1620,13 и 1619,65 см-1). Это позволяет сделать вывод о том, что происходит значительное изменение структуры кристаллизационной воды. Таким образом, введение каустического магнезита оказывает значительное влияние на формирование структуры ангидритовой матрицы.

Дифференциально-термический анализ ангидритовой матрицы (рис. 3, а) показал наличие эндотермического пика, связанного с удалением кристаллизационной воды при дегидратации двуводного гипса. В интервале температуры 350—370оС происходит перестройка кристаллической решетки с образованием нерастворимого ангидрита, что проявляется на термограмме слабым экзотермическим пиком. При нагревании навески до 700оС происходит разложение карбо-

Содержание магнезита, %

Рис. 1. Зависимость прочности ангидритового вяжущего от содержания каустического магнезита

¡■Л ®

июль 2012

17

0,8

0,6

Т 0,4

0,2

595,01 668,79

Т 0,4 -

,4 I 594,72 668,79

5000

4000

3000 2000

ст-1

1000

5000

4000

3000 2000

ст-1

1000

Рис. 2. ИК-спектр образцов: а - без добавки, б - с добавлением ультрадисперсного каустического магнезита

а

13,23 13

12,5

12

11.5

11

10.6

__.

V"* г- 3660с т 3730с

ТГ

У;53°с

б

6,29 15,17

0 15

-10 -20 -30 -40 -50

-60 -63,1

14,5

14

13,5

13

12,5 12,31

—: — -

л \\ -85°е 1 / ДТА т 357°С т 635°С

- ТГ

_ 1 150°С у.

27,44 100 200 300 400 500 600 700759,6

46,64 1 00 200 300 400 500

13о02 0 -10 -20 -30 -40 -50 -59,£

600 700 759,4

Рис. 3. Термограмма ангидритовой матрицы: а - без добавки, б - с добавлением ультрадисперсного каустического магнезита

б

а

0

0

0

ната кальция, что сопровождается потерей массы образца. Однако, при добавлении каустического магнезита на термограмме (рис. 3, б) появляется эндотермический эффект, который начинается при 50оС и достигает максимума при 85оС, который, вероятно, связан с удалением кристаллизационной воды. Известно [10], что свойства воды могут сильно изменяться при введении добавок. Кроме того, общие потери в массе образца с добавлением магнезита составили 17,6%, а в контрольном образце — 12,3%.

На рис. 4 представлена микроструктура образцов без добавок и с добавлением каустического магнезита. В образцах без добавок формируется структура с преобладанием призматических кристаллов со средним размером частиц 5 мкм (рис. 4, а). В структуре ангидритового вяжущего, как без добавок, так и с добавлением магнезита, имеется много негидратированного ангидрита, по поверхности которого, в первую очередь, будет происходит разрушение ангидритовой матрицы. Однако, при добавлении каустического магнезита формируется структура с

Рис. 4. Микроструктура ангидритовой матрицы: а - без добавок; б - с каустическим магнезитом

плотной упаковкой кристаллов (рис. 4, б), что приводит к увеличению площади межфазной поверхности, снижению пористости и способствует повышению физико-механических характеристик. В составе ангидритового вяжущего также имеются волокнистые кристаллы, которые дополнительно уплотняют матрицу.

Таким образом, результаты РФА, ДТА, ИК-спектроскопии и РЭМ подтверждают, что при введении ультрадисперсного каустического магнезита в ангидритовую матрицу достигается интенсификация процесса кристаллизации растворенного вещества за счет более высокого поляризующего действия катионов магния на структуру жидкой фазы, что приводит к повышению прочностных характеристик ангидритового вяжущего на 70% при содержании добавки 2%. При введении каустического магнезита достигается структурная ориентация ангидритовой матрицы, при этом происходит переход ангидритовой матрицы из объемного состояния в пленочное, которое отличается упорядоченностью структуры и повышенной плотностью и прочностью.

Ключевые слова: каустический мегнезит, ангидритовая матрици, кристаллизация

Список литературы:

1. Халиуллин М.И., Гайфуллин А.Р. Штукатурные гипсовые сухие смеси повышенной водостойкости с применением комплекса местных модифицирующих добавок. Материалы XV академических чтений РААСН. Том 1. Казань, 2010. С. 165-168.

2. Халиуллин М.И., Алтыкис М.Г., Рахимов Р.З. Композиционное ангидритовое вяжущее повышенной водостойкости // Строительные материалы. 2000. №12. / Наука. С. 34-35.

18

июль 2012

/Л ®

3. Кудяков А.И., Аниканова Л.А, Редлих В.В. Исследование гипсовых и гипсофторангидритовых вяжущих повышенной водостойкости. Материалы XV академических чтений РААСН. Том 1. Казань, 2010. С. 123-126.

4. Панферова А.Ю., Трунилова Д.С., Шленкина С.С., Гаркави М.С. Влияние гидросиликатов магния на твердение и свойства вяжущих на основе сульфата кальция. Материалы международной конференции «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий». Казань, 2010. С. 43-46.

5. Алтыкис М.Г, Халиуллин М.И., Рахимов Р.З. и др., Влияние добавки карбонатных наполнителей на свойства ангидритового вяжущего // Известия вузов. Строительство. 1998. №2. С. 51-53.

6. M. Öner, Ö. Dogan. G. Öner. The influence of polyelec-trolytes architecture on calcium sulfate dihydrate growth retardation // Journal of Crystal Growth. 1998. — P. 427—437.

7. Токарев Ю.В., Яковлев Г.И. Влияние алюмооксидных дисперсных наполнителей на свойства и структуру ангидритового вяжущего // Известия Казанского архитектурно-строительного университета. 2010. № 1. С. 357—363.

8. Краткий справочник физико-химических величин. Изд. 8-е, перераб. / Под ред. А.А. Равделя и А.М. Пономаревой. Л.: «Химия», 1983. 160 с.

9. Бобрышев А.Н., Козомазов В.Н., Авдеев Р.И., Соло-матов В.И. Синергетика дисперсно-наполненных композитов. М.: ЦКТ, 1999. 252 с.

10. СычевМ.М. Неорганические клеи. Л.: «Химия», 1974. 160 с.

ФОРУМ УРАЛСТР0Й ИНДУСТРИЯ

УЧИ МЕЖДУНАРОДНАЯ СПЕ1рН1ИЗМРОВАННАЯ ВЫСТАВКА

НЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ВЫСТАВКИ

ж ^^ ^^ ^^ ^^ Реклам:

000 «Сандинскии гипсоперерабатывающий комбинат»

Молодая перспективная компания, основана 1 января 2009 г. Занимается добычей и переработкой гипсового камня преимущественно II сорта с высоким коэффициентом белизны

ПРЕДЛАГАЕТ гипсовое вяжущее (строительный гипс) марок Г2-Г6 с остатком на сите № 0,2 от 3 до 7%, регулируемыми сроками схватывания и высоким коэффициентом белизны.

ЩЩ*

Наличие собственного месторождения гипсового камня обеспечивает относительно невысокую стоимость вяжущего. Отгрузка продукции осуществляется железнодорожным и автотранспортом в любой упаковке или навалом.

Предусмотрена гибкая система скидок и индивидуальные условия работы с заказчиками

000 «СГПК» 453300, Республика Башкортостан, г. Кумертау, 2-й Советский пер., д. 2 Тел./факс: (34761) 4-12-15 e-mail: sgpk@mail.ru www.sandin.ru

июль 2012

19