CC BY
8
Исследование прочностных свойств магнезиальных растворов
А.В. Киянец, А.Х. Байбурин, А.Р. Лебедь, А.А. Бондарь Южно-Уральский государственный университет, Челябинск
Аннотация: Данная статья содержит результаты исследования прочностных характеристик строительных растворов различных составов на основе магнезиального вяжущего (магнезиального оксихлоридного цемента). Полученные результаты: конечная прочность (28-ми суточная) на сжатие в пределах исследуемых составов от 12 до 45 МПа, кинетика (скорость) роста прочности в первые сутки твердения - от 22 до 38 %, на третьи сутки твердения - 33-68 %, на седьмые сутки - от 50-88 %, и около 120 % от проектной (28-ми суточной) при дальнейшем твердении.
Ключевые слова: магнезиальный оксихлоридный цемент, магнезиальное вяжущее, магнезиальный раствор, магнезиальный бетон, каустический магнезит, хлористый магний, прочность на сжатие, кинетика набора прочности.
Введение
В настоящее время строительные материалы на основе магнезиального вяжущего находят все более широкое применение в строительстве [1]. Особенно это важно, учитывая большую ресурсную базу данного материала, как во всем мире, так и в России. Магнезиальное вяжущее (оксихлоридный магнезиальный цемент) является двухкомпонентным и состоит из каустического магнезита MgO и затворителя. Затворителем являются водные растворы солей. Чаще всего из-за высоких прочностных характеристик применяют водный раствор хлористого магния MgCl2 [2]. Проведенные исследования с различными композитными материалами на основе магнезиального вяжущего доказывают их высокую прочность, высокую скорость твердения, биологическую стойкость и экологическую безопасность [3, 4]. Благодаря кислотности среды, близкой к нейтральной, в магнезиальных композитах возможно применять широкий спектр органических, минеральных и синтетических заполнителей [5]. Ряд исследований удовлетворительно решил вопрос водостойкости [6-8]. Но неизученными остаются характеристики магнезиальных растворных смесей,
которые успешно могли бы применяться в отделочных и других работах [9, 10].
Поэтому целью данного исследования являлось изучить прочностные характеристики строительных растворов на основе магнезиального вяжущего.
Методы исследований
Для проведения эксперимента применялись стандартные методы лабораторных исследований и обработки полученных результатов.
В исследованиях применялся в качестве вяжущего каустический магнезит марки ПМК-90. Для улучшения характеристик магнезиального камня использовалась комплексная минеральная добавка: доменный гранулированный шлак (10% от массы вяжущего), и природный гидросиликат магния (6 % от массы вяжущего). В качестве затворителя применялся водный раствор MgCI2 (бишофит).
Переменные величины и исследуемые составы отражены в таблице 1.
В ходе эксперимента фиксировались прочность на сжатие в различном возрасте и кинетика (скорость) набора прочности.
Результаты
По результатам проведенного эксперимента удалось выяснить, что прочность магнезиального раствора в большей степени зависит от количества магнезиального вяжущего в смеси, которое отражает цементно-песчаное отношение (рис. 1).
Таблица 1
Составы магнезиальных растворов
№ состава Магнезиально-песчаное отношение Плотность затворителя, г/см3 Крупность песка, мм.
1 1/1 1.15 0.63-0.315
2 1/1 1.15 2.5-1.25
3 1/3 1.15 0.63-0.315
4 1/3 1.15 2.5-1.25
5 1/1 1.25 0.63-0.315
6 1/1 1.25 2.5-1.25
7 1/3 1.25 0.63-0.315
8 1/3 1.25 2.5-1.25
9 1/2 1.20 0.63-0.315
10 1/2 1.20 2.5-1.25
11 1/1 1.20 1.25-0.63
12 1/3 1.20 1.25-0.63
13 1/2 1.15 1.25-0.63
14 1/2 1.25 1.25-0.63
15 1/2 1.20 1.25-0.63
60
50
й- 40
01
I-
(0 X
и го I .й
30
£ 20 т о о.
10
1 сутки 3 суток 7 суток 28 суток 90 суток 180 суток
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Номер состава
Рис. 1. Прочность различных составов магнезиального бетона в различные сроки твердения.
0
Повышенное содержание вяжущего определяет повышение прочности. Увеличение плотности затворителя оказывает влияние на прирост прочности только у составов с высоким содержанием магнезиального вяжущего (Ц/П=1/1, 1/2). И, наоборот, в составах с низким содержанием вяжущего, колебание плотности затворителя не оказывают заметного изменения прочности. Такой характер набора прочности определяется оптимальным соотношением каустического магнезита и хлористого магния в системе магнезиального вяжущего. Это объясняется особенностями твердения двухкомпонентного вяжущего: при условии необходимого и достаточного количества магнезита и хлористого магния реакция гидратации проходит интенсивно во всем объеме смеси, что определяет интенсивное твердение и высокую кинетику набора прочности. Вышеописанное происходит в составах с большим содержанием магнезиального цемента.
При относительно малом содержании магнезиального вяжущего в системе, введенному в нее хлористому магнию (особенно при применении затворителя с повышенной плотность более 1,2 г/см ) не с чем вступать в реакцию, т.к. не остается свободных частиц каустического магнезита и происходит эффект пресыщения системы, что негативным образом сказывается в дальнейшем на прочностных характеристиках композиционных материалов. Таким образом, повышение плотности затворителя, вводимого в систему после ее насыщения, не будет приводить к увеличению прочности.
Кинетика набора прочности отражена на рис.2. Интенсивный прирост прочности наблюдается у большинства составов в первые сутки твердения. Можно констатировать, что 60% прочности от 28-ми суточного значения магнезиальный раствор набирает уже через 3 суток твердения.
140
00 (М
се
^ 120 з:
| 100 х
I 80
л о.
0 ю ш
1
(О *
н 01 I
5С
60
40
20
ГГМГМГМ1Ы11
Г Г Г I I Г 11 Г Г Г Г Р I I
ГГРГГРРГ1 Р1 РРГР
6 7 8 9 10 11 12 13 Номер состава
14 15
1 сутки 3 суток 7 суток 28 суток 90 суток 180 суток
Рис. 2. Кинетика набора прочности различных составов магнезиального бетона в различные сроки твердения.
0
1
2
3
4
5
Такой показатель уступает магнезиальным бетонам, у которых исследователи фиксировали в среднем 70% прочности к данному сроку, но учитывая высокую конечную прочность, позволяет рекомендовать магнезиальные растворы к применению в тех технологиях и конструкциях, где это востребовано [11].
Практически все исследуемые составы сохранили потенциал твердения и на более поздних сроках вплоть до 180 суток, достигнув в отдельных случаях более 120 %. В основном это составы с высоким содержанием вяжущего, в котором продолжается комплекс реакций, обеспечивающих набор прочности. Фактов сброса прочности, которые отмечали некоторые исследователи при твердении бездобавочного магнезиального вяжущего, особенно по прошествии нескольких месяцев выдерживания образцов не наблюдалось [12]. Устойчивое твердение материала можно связать с тем, что изначальные условия твердения и интенсивная гидратация обеспечили образование устойчивых форм оксигидрохлоридов магния. Таким образом, исследуемые
составы обладают достаточной долговечностью и обеспечивают надежный набор прочности.
Заключение
В результате проведенного исследования выяснено, что прочность магнезиального раствора зависит от соотношения факторов состава раствора и плотности затворителя. Увеличение прочности магнезиального раствора и скорости набора прочности обеспечивает повышенное содержание каустического магнезита в смеси одновременно вместе с оптимальным количеством затворителя, плотностью не менее 1,2 г/см .
Получены прочностные характеристики магнезиального раствора: конечная прочность (28-ми суточная) на сжатие в пределах исследуемых составов от 12 до 45 МПа, кинетика роста прочности в первые сутки твердения - от 22 до 38 %, на третьи сутки твердения - 33-68 %, на седьмые сутки - от 50-88 %, и около 120 % от проектной (28-ми суточной) при дальнейшем твердении.
Литература
1. Головнев С.Г. Современные строительные технологии: монография. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2010. - 268 с.
2. Головнев С.Г., Киянец А.В., Дьяков К.В. Магнезиальные бетоны и растворы в современном строительстве // Академический вестник института «УралНИИпроект РААСН» № 1. Екатеринбург: «УралНИИпроект» УРО РААСН, 2009. С. 72-73.
3. Zhou X., Li Z. Light-weight wood-magnesium oxychloride cement composite building products made by extrusion // Construction and Building Materials. Vol. 27. No. 1. 2012. Pp. 382-389.
4. Nguyen V.C., Tong F.G., Nguyen V.N. Modeling of autogenous volume deformation process of RCC mixed with MgO based on concrete expansion experiment // Construction and Building Materials. Vol. 210. 2019. Pp. 650-659.
5. Tan Y., Liu Y., Grover L. Effect of phosphoric acid on the properties of magnesium oxychloride cement as a biomaterial // Cement and Concrete Research. Vol. 56. 2014. Pp. 69-74.
6. Chen, X., Zhang, T., Bi W., Cheeseman C. Effect of tartaric acid and phosphoric acid on the water resistance of magnesium oxychloride (MOC) cement // Construction and Building Materials. Vol. 213. 2019. Pp. 528-536.
7. Wang, Y., Wei, L., Yu, J., Yu, K. Mechanical properties of high ductile magnesium oxychloride cement-based composites after water soaking // Cement and Concrete Composites. Vol. 97. 2019. Pp. 248-258.
8. Li Z., Chau C.K. Influence of molar ratios on properties of magnesium oxychloride cement // Cement and Concrete Research. Vol. 37. No. 6. 2007. Pp. 866-870.
9. Sglavo V.M., De Genua F., Conci A., Ceccato R., Cavallini R. Influence of curing temperature on the evolution of magnesium oxychloride cement // Journal of Materials Science. Vol. 46. No. 20. 2011. Pp. 6726-6733.
10. Misra A.K., Mathur R. Magnesium oxychloride cement concrete // Bulletin of Materials Science. Vol. 30. No. 3. 2007. Pp. 239-246.
11. Li Y., Yu H., Zheng L. Wen J., Wu C., Tan Y. Compressive strength of fly ash magnesium oxychloride cement containing granite wastes // Construction and Building Materials. Vol. 38. 2013. Pp. 1-7.
12. Li G., Yu Y., Li J., Wang Y., Liu H. Experimental study on urban refuse magnesium oxychloride cement compound floor tile // Cement and Concrete Research. Vol. 33. No. 10. 2003. Pp. 1663-1668.
М Инженерный вестник Дона, №6 (2022) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n6y2022/7742
References
1. Golovnev S.G. Sovremennyie stroitelnyie tehnologii: Monografiya [Modern construction technologies: Monograph]. Chelyabinsk, South Ural St. Univ., 2010. 268 p.
2. Golovnev S.G., Kiyanets A.V., Dyakov K.V. Akademicheskij vestnik instituta «UralNIIproekt RAASN» № 1. Ekaterinburg: «UralNIIproekt» URO RAASN. 2009. pp. 72-73.
3. Zhou X., Li Z. Construction and Building Materials. Vol. 27. No. 1. 2012. Pp. 382-389.
4. Nguyen V.C., Tong F.G., Nguyen V.N. Construction and Building Materials. Vol. 210. 2019. Pp. 650-659.
5. Tan Y., Liu Y., Grover L. Cement and Concrete Research. Vol. 56. 2014. Pp. 69-74.
6. Chen, X., Zhang, T., Bi W., Cheeseman C. Construction and Building Materials. Vol. 213. 2019. Pp. 528-536.
7. Wang, Y., Wei, L., Yu, J., Yu, K. Cement and Concrete Composites. Vol. 97. 2019. Pp. 248-258.
8. Li Z., Chau C.K. Cement and Concrete Research. Vol. 37. No. 6. 2007. Pp. 866-870.
9. Sglavo V.M., De Genua F., Conci A., Ceccato R., Cavallini R. Journal of Materials Science. Vol. 46. No. 20. 2011. Pp. 6726-6733.
10. Misra A.K., Mathur R. Bulletin of Materials Science. Vol. 30. No. 3. 2007. Pp. 239-246.
11. Li Y., Yu H., Zheng L. Wen J., Wu C., Tan Y. Construction and Building Materials. Vol. 38. 2013. Pp. 1-7.
12. Li G., Yu Y., Li J., Wang Y., Liu H. Cement and Concrete Research. Vol. 33. No. 10. 2003. Pp. 1663-1668.
