CC BY
72
МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ КОМПОЗИЦИИ
Мирюк Ольга Александровна
д-р техн. наук, профессор Рудненского индустриального института г. Рудный
E-mail: _ psm58@mail.ru
MAGNESIAN COMPOSITIONS
Olga Miryuk
Doctor of technical sciences, professor of Rudny Industrial Institute, Rudny
АННОТАЦИЯ
Цель работы — синтез и исследование магнезиальных композиций различного состава. Фазовый состав затвердевших материалов оценивали дифрактометрическим методом анализа. Выявлены факторы, влияющие на активность оксида магния в магнезиальных композициях различного состава. Эффективность сульфомагнезиальных композиций определяется возможностью замены части каустического магнезита гипсовым вяжущим и техногенным компонентом при сохранении высоких технических характеристик материала.
ABSTRACT
Purpose of the work — is synthesis and investigation magnesian compositions of different structures. Phase composition of hardened materials evaluated by diffractometric method of analysis. Factors which impact activity of magnesium oxide magnium in magnesian compositions of different structure are investigated. Efficiency of sulfomagnesian compositions determined by the possibility of replacing part of caustic magnesite by plasters binder and anthropogenic component, with saving high technical characteristics of material.
Ключевые слова: каустический магнезит, строительный гипс
Keywords: caustic magnesite, construction gypsum.
Магнезиальные композиции отличаются малой энергоемкостью производства, интенсивным твердением, высокой прочностью и износостойкостью. Дефицит каустического магнезита обусловливает
целесообразность получения смешанных магнезиальных вяжущих. Каустический магнезит вкупе с раствором хлорида магния активизирует кремнеземсодержащие, алюмосиликатные и другие вещества. Эта способность вяжущего реализована в разработках магнезиальных композиций с использованием природных и техногенных материалов.
Цель работы — синтез и исследование магнезиальных композиций различного состава.
В экспериментах использованы: каустический магнезит, отходы
обогащения магнетитовых руд и минералы скарновых пород, строительный гипс. Вяжущие затворяли раствором хлорида магния. Прочность камня вяжущих определяли на образцах размером 20х20х20 мм, изготовленных из пластичного теста. Фазовый состав затвердевших материалов оценивали дифрактометрическим и термическим методами анализа.
Объект исследования — смешанные вяжущие, полученные из каустического магнезита ПМК-75 и минералов скарновых пород, образующих основу отходов обогащения магнетитовых руд.
Высокая активизирующая способность магнезиальных вяжущих по отношению к многочисленному ряду веществ послужила основой для разработки композиций из каустического магнезита и минерального компонента — отходов обогащения скарново-магнетитовых руд [1, с. 172]. Исследования влияния техногенного компонента и отдельных минералов выявили следующие особенности смешанных вяжущих по сравнению с каустическим магнезитом: снижение расхода затворителя до 50 %; замедление темпов раннего твердения при сопоставимой или превосходящей контрольные показатели прочности камня в 7—28 сут. и более поздние сроки; повышенная водостойкость камня. Для гидратообразования смешанного вяжущего характерно: повышение активности MgO и увеличение степени его
преобразования в гидрооксихлориды магния; преобладание в составе кристаллогидратов пентагидрооксихлорида магния; возможность образования гидрооксихлоркарбоната магния — Mg(OH)2•MgQ2•2MgCO3•6H2O. Выявлено,
что гидрооксихлоркарбонат магния формируется при ограниченном содержании MgO в вяжущем и увеличении плотности раствора MgQ2. Отмечена зависимость процессов образования пентагидрооксихлорида и гидрооксихлоркарбоната магния, исключающая одновременное увеличение содержания этих комплексов и предполагающая их превращения.
Тенденция роста активности MgO и увеличения степени его преобразования в гидрооксихлоридные комплексы сохраняется и при твердении магнезиальных композиций с минеральной добавкой. Характер гидратообразования с участием MgO зависит также от состава минерального компонента, о чем свидетельствуют результаты исследования модельных вяжущих из каустического магнезита (35 %) и минерала — силиката (65 %),
-5
затворенных раствором хлорида магния плотностью 1220 кг/м (таблица 1).
Наибольшая степень преобразования оксида магния характерна для композиций, содержащих силикаты островной структуры (андрадит и эпидот), которые более склонны к гидролитическому распаду в растворе хлорида магния. Повышение плотности раствора MgQ2 интенсифицирует гидратацию MgO, усиливает гидролитический распад минералов техногенного компонента, увеличивает долю гидрооксихлоридных комплексов.
Исследованы смешанные вяжущие, затворенные раствором MgQ2
-5
плотностью 1250 кг/м . Стабильное увеличение прочности материала воздушного свидетельствует о продолжающихся во времени процессах формирования структуры. По данным дифрактометрического анализа, кристаллическую основу камня образуют гидрооксихлоридные комплексы, сформированные на начальных этапах гидратации. Наличие до 20 % свободного MgO указывает на неполную реализацию вяжущих свойств компонента, который является ресурсом для гидратообразования.
Таблица 1.
Влияние состава минералов на содержание фаз, в затвердевших
смешанных магнезиальных вяжущих
Вид минерала Интенсивность дифракционных отражений фаз, отн. ед.
MgO Mg(OH)2 5Mg(OH)2 •MgCl2 -8^^
(0,148 нм) (0,157 нм) (0,196 нм)
7 сут. 80 сут. 7 сут. 80 сут. 7 сут. 80 сут.
Нет 100 87 100 93 100 96
Андрадит 43 35 29 30 93 100
Эпидот 53 44 33 33 116 114
Альбит 66 47 нет нет 139 161
Диопсид 64 52 23 25 91 99
Значения прочности образцов долгосрочного водного твердения составили 30 % показателей такого вяжущего в возрасте 28 сут. на воздухе. В камне содержится Mg(OH)2, образованный при распаде значительного количества гидратных комплексов; сохраняется до 10 % исходного MgO.
Разработанные магнезиальные вяжущие рекомендованы для изготовления мелкоштучных изделий плотной и ячеистой структуры.
Преимущества сочетания каустического магнезита с сульфатом кальция отмечены в работах [2, с. 26]. Магнезиальные вяжущие затворяют растворами солей. Строительный гипс весьма чувствителен к действию водорастворимых добавок. Нашими исследованиями [1, с. 182; 3, с. 12] доказана возможность замены до 40—60 % каустического магнезита полуводным сульфатом кальция. При этом обеспечиваются условия для более полной гидратации магнезиальной и сульфатной составляющих; прочность смешанного вяжущего не только не снижается, а зачастую превосходит контрольные показатели. Гипсовый компонент уменьшает водопотребность, удлиняет сроки схватывания.
Объект следующего этапа исследования — смешанные вяжущие, полученные из каустического магнезита ПМК-75, строительного гипса Г-5АП (полугидрат сульфата кальция). Содержание гипсового компонента в различных композициях составляло 0—80 %.
Сульфомагнезиальные композиции не уступают по прочности каустическому магнезиту и характеризуются повышенной стойкостью к действию воды. Твердение сульфомагнезиального оксихлоридного вяжущего протекает при первоначальной гидратации MgO и сопровождается образованием 5Mg(OH)2•MgQ2•8H2O, гидрооксида магния Mg(OH)2.
3 3
При повышении плотности затворителя от 1200 кг/м до1280 кг/м значительная часть оксида магния преобразуется в гидрооксихлориды; содержание гидрооксида магния уменьшается на 30—40 %. В камне сульфомагнезиального вяжущего формируется также гидрооксихлоркарбонат магния Mg(OH)2•MgQ2•2MgCOз•6H2O — промежуточное соединение, характерное для низкомагнезиальных композиций.
Добавка MgQ2 ускоряет гидратацию CaSO4•0,5H2O, изменяя растворимость фазы. Однако действие добавок, не содержащих одноименных с сульфатом кальция ионов, зависит от их концентрации. Для затворения сульфомагнезиальных вяжущих использовали концентрированный раствор хлорида магния, замедливший гидратацию гипсовой части. С течением времени твердения по мере связывания MgQ2 в гидрооксихлориды магния характер влияния соли на гидратационные свойства CaSO4•0,5H2O меняется. С увеличением плотности раствора MgQ2 снижается степень гидратации полугидрата сульфата кальция, и, как результат, минимизируется вклад двуводного гипса в формирование первичного каркаса камня вяжущего.
Замедленная гидратация полугидрата сульфата кальция CaSO4•0,5H2O, обусловленная повышением концентрации MgO и MgQ2, обеспечивает плавный характер кристаллизации CaSO4•2H2O, способствующий уплотнению и повышению водостойкости камня. В затвердевшем сульфомагнезиальном вяжущем зафиксированы фазы, характерные для самостоятельной гидратации компонентов. Однако не исключена возможность образования гидратов в виде двойных или тройных солей. При этом наибольшая роль в упрочнении и водостойкости сульфомагнезиального камня принадлежит характеру формирования структуры.
Исследования сульфомагнезиальных вяжущих длительного твердения показали, что после 10 лет пребывания на воздухе качественный состав материалов мало изменился. Камень смешанного вяжущего состоит из пентагидрооксихлорида и гидрооксида магния, двуводного гипса,
негидратированных исходных веществ. Анализ дифрактограмм показал, что с увеличением концентрации МgQ2 в затворителе растет степень гидратации МgО, повышается содержание пентагидрооксихлорида магния, стабильного при длительном твердении. Снижение гидратационной активности полугидрата сульфата кальция обусловливает уменьшение доли двуводного гипса.
Сопоставление структур затвердевшего вяжущего, затворенного различным по концентрации раствором хлорида магния, позволяет предположить, что крупноблочное строение камня делает более уязвимой композицию на основе высококонцентрированного раствора хлорида магния в условиях повышенной влажности.
Это согласуется с результатами испытаний материалов на водостойкость. Наибольшей устойчивостью к действию влаги характеризуются сульфомагнезиальные композиции с повышенным содержанием гидрооксида магния и двуводного гипса.
По данным дифрактометрического анализа, содержание пентагидрооксихлорида магния в сульфомагнезиальной композиции сопоставимо или превышает таковое в каустическом магнезите. Значительные количества доминирующего гидрооксихлорида магния в составе вяжущего с ограниченным содержанием оксида магния обусловлено повышенной активностью последнего в композиции. Это отличает сульфомагнезиальные композиции от смешанных вяжущих, содержащих силикатный или железистый компонент, в которых повышенная гидратационная активность оксида магния реализована не только в формировании гидрооксихлорида магния, а также в образовании гидросиликатов, гидроферритов магния.
В составе камня длительного твердения сохраняются негидратированные исходные вещества. Следовательно, в вяжущем не реализуется часть химически активных компонентов. Это указывает на необходимость поиска способов более полного вовлечения составляющих в процессы гидратации. Гидратационная активность исследуемых вяжущих весьма чувствительна к составу затворителя. Однако влияние этого фактора носит конфликтный
характер: увеличение концентрации хлорида магния в затворителе,
обеспечивающее активизацию оксида магния и формирование
гидрооксихлоридных комплексов, интенсивно упрочняющих камень вяжущего; сдерживает гидратацию полуводного сульфата кальция. Поиск оптимальной плотности раствора хлорида магния существенно не изменит ситуации. Представляется целесообразным раздельное затворение компонентов смешанного вяжущего, преимущества которого реализованы при
приготовлении формовочной смеси для пенобетона [3, с. 12].
Выводы. Магнезиальные композиции — эффективная разновидность смешанных малоэнергоемких вяжущих. Многокомпонентный состав и химическая активность составляющих расширяют возможности воздействия на процессы гидратации и структурообразования за счет изменения состояния, рецептуры и приемов приготовления композиции.
Список литературы:
1. Мирюк О.А., Ахметов И.С. Вяжущие вещества из техногенного сырья. — Рудный: Рудненский индустриальный институт, 2002. — 250 с.
2. Г орбачева М.И., Игнатов В.И., Рябов Г.Г., Бородкин Н.Н. Композиционное водостойкое вяжущее на основе полуводного гипса // Строительные материалы. — 1987. — № 5. — С. 26—27.
3. Мирюк О.А. Особенности приготовления пеномасс для бесцементного ячеистого бетона // Техника и технология силикатов. — 2011. — Т. 18. — № 3. — С. 12—17.
