CC BY
63
УДК 691.54:666.962
АНИКАНОВА ЛЮБОВЬ АЛЕКСАНДРОВНА, канд. техн. наук, доцент, alasmit@mail. ru
НИКИТИНА ОЛЬГА ВИТАЛЬЕВНА, аспирант, bagira_star31@mail. ru
ДЕРЖАНСКАЯ ЕВГЕНИЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА, магистрант,
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА ДЛЯ ОТДЕЛОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В работе представлены результаты исследований композиционных вяжущих веществ, состоящих из каустического магнезита и фторангидрита, гипсосодержащего побочного продукта производства плавиковой кислоты. Исследовано влияние фторангид-рита до стадии нейтрализации на основные свойства композиционных вяжущих веществ. На основе разработанных составов композиционных вяжущих предложена технология получения отделочных материалов.
Ключевые слова: композиционные вяжущие вещества; каустический магнезит; фторангидрит; отделочные материалы; технология получения отделочных материалов.
ANIKANOVA, LUBOV ALEKSANDROVNA, Ph.D., Assoc. Prof., alasmit@mail. ru
NIKITINA, OLGA VITALJEVNA, P.G., www. bagira_star31@mail. ru
DERZHANSKAYA, EUGENIA VYACHESLAVOVNA, master student,
Tomsk State University of Architecture and Building,
2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia
COMPOSITE BINDERS FOR FINISHING MATERIALS
The paper presents experimental data on the methods of production of composite binders, consisting of caustic magnesite and fluoranhydrit, which contains by-product of hydrofluoric acid production. The influence of fluoranhydrit on the main properties of composite binders before the stage of neutralization was investigated. On the basis of optimal compositions of composite binders the technology of finishing materials production was suggested.
Key words: composite binders; caustic magnesite; fluoranhydrit; finishing materials; technology of finishing materials production.
В связи с необходимостью повышения конкурентной способности отечественных строительных материалов большое внимание уделяется изучению процессов управления качеством композиционных вяжущих и изделий на их основе. На кафедре строительных материалов и технологий ТГАСУ проводятся исследования по получению магнезиальных вяжущих веществ различного функционального назначения и материалов на их основе. Основным недостатком, сдерживающим использование магнезиального вяжущего, являются
© Л.А. Аниканова, О.В. Никитина, Е.В. Держанская, 2013
его высокая стоимость и низкая водостойкость [1, 2]. Высокая стоимость изделий на основе магнезиального вяжущего обусловлена использованием растворов солей в качестве жидкости затворения. Целью проведения работы являлось получение композиционного магнезиального вяжущего без растворов солей с сохранением параметров качества. В качестве добавок, регулирующих процесс структурообразования магнезиальных вяжущих веществ, используют твердые и жидкие отходы химических производств, в том числе сульфаты магния. Исходя из этого положения, нами изучена возможность использования кислого фторангидрита (ФТА) в качестве затворителя для получения магнезиального вяжущего. В качестве структурообразующих компонентов в работе использован каустический магнезит, свойства которого представлены в табл. 1, и гипсосодержащий отход производства плавиковой кислоты -фторангидрит до стадии нейтрализации, свойства которого представлены в табл. 2. В качестве дополнительных компонентов использован хлористый магний и наполнители в виде полимерной сетки и древесной муки для получения отделочных материалов.
Таблица 1
Свойства каустического магнезита
Показатели Результаты испытаний каустического магнезита
Нормальная густота, % 38,3
Начало схватывания, мин 74
Конец схватывания, мин 245
Остаток на сито 0,002, % 46
Предел прочности на изгиб, МПа 2,09
Предел прочности на сжатие, МПа 23,7
Предел прочности на разрыв, МПа 4,7
По результатам, представленным в таблице, каустический магнезит соответствует марке ПМК-75 (ГОСТ 1216). Химический состав каустического магнезита определен методом прокаливания. Результаты прокаливания показали следующий химический состав каустического магнезита: MgCO3 -26,91 %; Мg(OH)2 - 1,39 %; MgO - 71,7 %.
Исходя из химического состава ФТА, нам представлялось, что в результате химического взаимодействия оксида магния, содержащегося в магнезите, с остаточной серной кислотой ФТА образуется сульфат магния, который и будет являться затворителем для магнезиального вяжущего. Кроме того, растворимый сульфат кальция, присутствующий во фторангидрите, может быть дополнительным структурообразующим компонентом композиционного вяжущего.
В качестве основных технологических приемов были использованы два способа введения отхода в состав композиционного вяжущего:
- использование водной вытяжки ФТА в качестве жидкости затворения;
- совместное измельчение магнезиального вяжущего с добавкой кислого ФТА и последующим затворением водой.
На рис. 1 представлены экспериментальные данные по влиянию фто-рангидрита на прочностные характеристики композиционного вяжущего. При двух способах введения ФТА с увеличением степени наполнения композиционного вяжущего фторангидритом до 14 % наблюдается повышение прочностных характеристик образцов до 9,16-11,17 МПа. Дальнейшее увеличение содержания фторангидрита нецелесообразно, т. к. при повышении степени наполнения до 21 % прочностные характеристики образцов снижаются до 3,8 и 6,3 МПа соответственно. При этом установлено, что использование вытяжки ФТА в качестве жидкого затворителя магнезиального вяжущего предпочтительно, поскольку прочностные характеристики образцов выше, чем при совместном измельчении магнезиального вяжущего с добавкой кислого ФТА.
Таблица 2
Состав и качественные характеристики кислого ФТА
Температура ФТА на выходе из печи,°С Химический состав ФТА, % масс. Г ранулометрический состав, частные остатки на ситах, % Истин- ная плот- ность, кг/м3 Средняя плот- ность, кг/м3
а О со Л и X ■*г о СО Л и О о СО X Рн X 2,5-5 1,25-2,5 5 2, 1- СП 6, 0, 0,315-0,63 0,16-0,315
160 78,75 1,15 «О, і/н' ©Л 16,7 7, 2, 6, 2, 3 39,2
180 1Л СП 00 «О, о" о, СП* СЧ ©Л 00^ 11,0 2, 4, 7, 4 35,7 2570 1470
210 Ю 80,8 СП |> СЧ ©Л 00^ 1> 00^ 7, 5, 7, ©^ 4 36,7
220 СП 85,54 ел 0,15 0,01 2, ©Л 2 0, ©Л 2 2, 7, 5, 38,1 - -
Авторами проводились сравнительные исследования прочностных характеристик образцов, полученных затвердеванием каустического магнезита, затворенного раствором хлорида магния (традиционный вариант), и композиционного магнезиального вяжущего. По результатам исследований, представленным на рис. 2, можно отметить следующее отличие в кинетике набора прочности рассматриваемых вяжущих. В образцах из вяжущего, затворенного водным раствором хлорида магния, прочностные характеристики образцов практически не меняются после 3-суточного возраста и составляют 18,1 МПа в возрасте 28 сут. При использовании в качестве затворителя водной вытяжки ФТА прочность образцов набирается медленно, но к 28-суточному возрасту становится практически одинаковой с аналогичными образцами магнезиального вяжущего.
Рис. 1. Прочностные характеристики композиционного магнезиального вяжущего
20 -
13 16
14 12 10
8 6 4 2 а
3 суток 7 суток 28 суток
Рис. 2. Результаты сравнительных испытаний вяжущих веществ
і ЖИДКОСТЬ здтворенця хлорид нэГНИЯ І жі^] кость затворен и я ФТА( вытяжка)
Результаты рентгенофазового анализа каустического магнезита, образцов магнезиального вяжущего и композиционного вяжущего с водной вытяжкой ФТА представлены на рис. 3-5.
•90
і
1
1*0
о ю го зо 50 ьо то зо
Рис. 3. Рентгенограмма каустического магнезита
По полученным данным, представленным на рис. 3, можно сделать вывод, что наибольшей интенсивностью обладают линии, соответствующие карбонату магния (MgСО3), с d, 10-10 м (353, 335, 273, 169, 140). Кроме MgСО3 присутствуют дифракционные максимумы, соответствующие примеси гидрослюд с d, 10-10 м (133). Оксид магния является рентгеноаморфным, поэтому его дифракционные максимумы отсутствуют.
120
100
№
ОС
О 10 И) Ю 40 50 60 70
Рис. 4. Рентгенограмма магнезиального вяжущего с добавкой хлорида магния
По результатам, представленным на рис. 4, высокой интенсивностью обладают линии с гї,10-10 м (250, 169, 150), соответствующие MgСО3. Дифракционные максимумы с d,10-10 м (182, 174, 168, 144, 122) указывают на наличие MgCl2x12Н2О, с ^10-10 м (357, 298, 288, 255) соответствуют МgCl2x6Н2О.
В результате химических реакций образуются водные соли магния, которые, по нашему мнению, в дальнейшем приводят к образованию гидроксихлорида магния.
а
и 10 го 30 40 50 *о 70
Рис. 5. Рентгенограмма композиционного вяжущего с добавкой ФТА
По результатам, представленным на рис. 5, высокой интенсивностью обладают линии с d, 1010 м (1169, 827, 745, 593), соответствующие MgS04x7Н20. Высокой интенсивностью по-прежнему обладают линии с d,10-10 м (353, 274, 194), соответствующие MgСО3. Водные соли магния, по нашему мнению, - тригидроксисульфат магния.
В целях интенсификации процесса гидратации вяжущего дальнейшие исследования будут направлены на дополнительные приемы по набору прочности в раннем возрасте с использованием ФТА.
На основе композиционного магнезиального вяжущего разработаны составы и технология получения стекломагнезитовых отделочных листов. Отделочные листы обладают следующими характеристиками: прочность при изгибе 28,4 МПа, средняя плотность 850 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,21 Вт/м°С, водопоглощение 3,9 %. Технологическая схема получения отделочных стекломагнезитовых листов представлена на рис. 6. Технология включает следующие процессы:
- подготовка каустического магнезита и наполнителя;
- подготовка водной вытяжки ФТА;
- дозирование;
- перемешивание сухой части вяжущего;
- перемешивание с водой затворения;
- прессование изделий;
- твердение изделий при температуре 60 °С в течение 2-4 ч;
- складирование готовых изделий.
Рис. 6. Технологическая схема получения отделочных листов с использованием композиционного вяжущего
Разработанные материалы и изделия из них могут быть использованы в качестве отделочных материалов для стен, потолков и устройства межком-натных перегородок.
Библиографический список
1. Крамар, Л.Я. Особенности твердения магнезиального вяжущего / Л.Я. Крамар, Т.Н. Черных, Б.Я. Трофимов // Цемент и его применение. - 2006. - № 5. - С. 58-61.
2. Никитина, О.В. Материалы для реконструкции фасадов зданий / О.В. Никитина, Д.С. Толстов, Л.А. Аниканова, Т.Е. Дизендорф // Материалы 58-й научно-технической конференции студентов и молодых ученых. - Томск : Изд-во ТГАСУ, 2012. - С. 169-173.
References
1. Kramar L.Ya., Chernykh T.N., Trofimov B.Ya. Osobennosti tverdeniya magnezial'nogo vyazhushchego [Features of hardening of magnesium cement] // Tsement i ego primenenie [Cement and its application]. - 2006. - No. 5. - P. 58-61.
2. Nikitina, O.V., Tolstov D.S., Anikanova L.A., Dizendorf T.E. Materialy dlya rekonstruktsii fasadov zdaniy [Materials for the reconstruction of facades] // Materialy 58-y nauchno-tekhnicheskoy konferentsii studentov i molodykh uchenykh [Proceedings of 58th scientific technology conference of students and young scientists]. - Tomsk : Izd-vo TGASU [Proceedings of Tomsk State University of Architecture and Building]. 2012. - P. 169-173.
