CC BY
39
Optimization of ways of preparation of magnesium compositions of various structure
Miryuk Olga Aleksandrovna, Rudny Industrial Institute, Professor, Doctor of technical sciences E-mail: psm58@mail.ru
Optimization of ways of preparation of magnesium compositions of various structure
Abstract: Influence of ways of preparation of forming masses on properties of magnesium compositions of various structures is investigated. Expediency of consecutive introduction and primary contact of structure-forming components is proved.
Keywords: magnesium compositions, ways of preparation, structure.
Мирюк Ольга Александровна, Рудненский индустриальный институт, профессор, доктор технических наук E-mail: psm58@mail.ru
Оптимизация способов приготовления магнезиальных композиций различной структуры
Аннотация: Исследовано влияние способов приготовления формовочных масс на свойства магнезиальных композиций различной структуры. Обоснована целесообразность последовательного введения и первичного контакта структурообразующих компонентов.
Ключевые слова: магнезиальные композиции, способ приготовления, структура.
Высокая ресурсоемкость цементного производ-
ства обусловливает необходимость бесклинкерных вяжущих веществ. Магнезиальные вяжущие — эффективная разновидность малоэнергоемких материалов, характеризующаяся интенсивным твердением, высокими прочностными показателями. Высокая активизирующая способность каустического магнезита по отношению к различным материалам позволяет получать смешанные магнезиальные вяжущие с содержанием техногенного компонента в смешанном магнезиальном 40-80%. Наибольшую активность в составе магнезиальных композиций проявили техногенные материалы с силикатной основой и повышенным содержанием железистых соединений. Уникальность свойств магнезиального вяжущего: высокая адгезия к минеральным и органическим материалам, что обеспечивает совместимость с любыми заполнителями [1, 23; 2, 48].
Разработаны магнезиальные композиционные материалы различной структуры на основе смешанного магнезиального вяжущего и техногенных заполнителей [3, 10]. Свойства композиционных материалов определяются структурами различного уровня: микроструктурой камня вяжущего, мезоструктурой контактной зоны заполнителя с камнем вяжущего, макроструктурой частиц заполнителя. Структура
и свойства многокомпонентных материалов проявляют зависимость от способа приготовления композиций. Представляет интерес влияние условий приготовления сырьевых смесей на свойства магнезиальных композиционных материалов.
Цель работы — оптимизация способа приготовления формовочной массы для магнезиальных композиций различного состава и структуры.
Объектом исследования послужили магнезиальные композиционные магнезиальные материалы ок-сихлоридного твердения, содержащие заполнители различного состава и строения.
Формовочные массы готовили с использованием каустического магнезита и смешанного вяжущего, включающего каустический магнезит и тонкомолотые отходы обогащения скарново-магнетитовых руд — хвосты сухой магнитной сепарации (хвосты СМС). В качестве заполнителя композиций использованы различные фракции дробленых хвостов СМС; древесные опилки, зольную микросферу, регенерированные гранулы пенополистирола. Композиции затворяли раствором хлорида магния плотностью 1240 кг/м 3. Образцы размером 40x40x160 мм твердели на воздухе.
Мелкозернистые композиции на основе каустического магнезита (КМ) и смешанных вяжущих с со-
держанием наполнителя (хвосты СМС) 30 и 50% включали техногенный заполнитель (дробленые хвосты СМС) фракций 0,14-0,315 мм и 0,63-1,25 мм. Бетонные смеси готовили с постоянным отношением вяжущего к заполнителю 1; 2.
Способы приготовления отличались последовательностью введения компонентов формовочной массы. В первом способе в смесь сухих компонентов вводили раствор хлорида магния. Второй способ предполагал первичное перемешивание вяжущего вещества с затворителем. В третьем способе первоначально смешивали заполнитель с затворителем, затем вводили смешанное вяжущее вещество. Сравнительный анализ результатов исследования (рисунки 1, 2) показал, что формовочной массы для композиций мелкозернистой структуры целесообразно готовить по способу, предусматривающему первоначальное смешение заполнителя с затворителем и последую-
щее введение вяжущего вещества. Первичный контакт частиц заполнителя с раствором хлорида магния обеспечивает активизацию поверхности заполнителя, наблюдается тенденции уплотнения и упрочнения структуры, снижение дефектности контактных зон, увеличение доли кристаллических гидратов в приграничной области. Композиционные материалы зернистые материалы характеризуются прочностью: при изгибе 15-21 МПа, при сжатии 35-55 МПа; средней плотностью 2100-2450 кг/м 3.
Гипсомагнезиальные композиции волокнисто-комбинированной структуры получали из смешанного вяжущего с содержанием строительного гипса 40% на основе интегрального заполнителя (древесные опилки, зольная микросфера). По мере увеличения в массе пустотелого мелкодисперсного заполнителя наблюдается упрочнение материала при незначительном увеличении плотности.
го н
* о о °
S 00
с си
¡8 Q. СО
CD !=
CD
.
1=
75
65
55
45
35
25
15
КМ : СМС - 70 : 30
□ КМ : СМС - 50 : 50
1 2 3
Способ приготовления
Рисунок 1. Влияние способа приготовления формовочной массы на прочность композиции из различных вяжущих и заполнителя фракции 0,63-1,25 мм
CD
S н
^ У
[Z го s
н т
" S
о т .
* * £
Ого° йг^ со
с != CN ц ^
CD ь Ор ГО
1= S
О
60 50 40 30 20 10 0
10,14 - 0,315 мм
□ 0,63 -1,25 мм
W
У
2
Способ приготовления
Рисунок 2. Влияние способа приготовления формовочной массы на прочность композиции из вяжущего с 50% наполнителя с различной фракцией заполнителя
5
1
3
Регулирование вещественным составом формовочной гипсомагнезиальной массы с интегральным заполнителем обеспечивает широкий интервал свойств композитов: средняя плотность 850-1450 кг/м 3, прочность при сжатии 3-40 МПа с учетом состава вяжущего и заполнителя. Для достижения наибольших показателей прочности композиций предпочтительны формовочные массы с содержанием не более 50% заполнителя при преобладании в нем зольной микросферы.
Исследовано влияние последовательности сочетания компонентов формовочных масс на основе смешанного гисомагнезиального вяжущего и интегрального заполнителя. Опробовано семь вариантов приготовления композиций, отличающихся последовательностью смешения составляющих вяжуще-
го и порядком введения заполнителей различного строения. Выявлена предпочтительность способа, предусматривающего первоначальное приготовление суспензии из гипсомагнезиального вяжущего и солевого затворителя, последующее добавление микросферы; затем введение древесных опилок фракции 0,14-0,315 мм в предварительно перемешанную смесь компонентов. Способ обеспечивает первичное взаимодействие химически активных компонентов смешанного вяжущего, в суспензии которого распределяются поэтапно частицы наполнителя по мере роста их размера. В результате формируется компактная структура с повышенной прочностью сцепления компонентов различного строения(рисунок 3).
20 к V Х1000 10шп
10 63 ВЕС
Рисунок 3. Микроструктура гипсомагнезиальной композиции волокнисто комбинированной структуры оптимального приготовления
Магнезиальные композиции комбинированной структуры с пенополистиролом получали из смешан-
ного магнезиального вяжущего с 50% техногенного наполнителя, гранул пенополистирола (из упаковочного
материала), зольной микросферы и древесных частиц размером 0,315-0,63 мм. Сочетание «древесные опилки — гранулы пенополистирола» позволяет снизить плотность материала до 15% при сохранении прочностных показателей. Совмещение «зольная микросфера — гранулы пенополистирола» обеспечивает снижение плотность материала до 10% при повышении прочностных показателей до 15%. Наличие мелких поризованных частиц повышаетоднородность формовочной массы, способствует равномерному распределению обмазки теста вяжущего вокруг гранул пенополистирола.
Исследовано три варианта приготовления формовочной массы, отличающихся последовательностью совмещения частиц заполнителей с затворителем и вяжущей суспензией. Определен рациональный способ приготовления формовочной массы, предусматривающий первоначальное смешение вяжущего с раствором хлористого магния; последующее введение микросферы, древесных опилок фракции 0,63-
0,315 мм; последующее перемешивание и добавление пенополистирольных гранул. Способ обеспечивает повышенную прочность, равномерное распределение составляющих в объеме.
Оптимизация соотношения частиц и размеров комбинации заполнителей «пенополистирол — древесные частицы — зольная микросфера» и способа приготовления формовочной массы позволяет получить комбинированную структуру максимально «упакованную» порами различного строения с минимальным расходом каустического магнезита (рисунок 4). Композиции характеризующуюся средней плотностью 350-650 кг/м 3 и прочностью при сжатии 1-7 МПа.
Выразительная адгезионная способность, высокое активизирующее воздействие магнезиальных вяжущих обеспечивают возможность использования техногенных материалов зернистого и волокнистого строения в композициях с высокими показателями строительно-технических свойств.
Рисунок 4. Структура магнезиальной композиции с пенополистиролом комбинированной структуры оптимального приготовления
Многокомпонентный состав смешанных магнезиальных вяжущих и композиций, повышенная реакционная способность магнезиальных составляющих позволяют использовать различные рецептуры сырьевых смесей.
Для каждого состояния формовочных масс с учетом условий изготовления и заданных характеристик изделий следует индивидуализировать способ приготовления, ориентированный на максимальную реализацию вяжущих свойств, армирующей способности и гарантирующий надежность сцепления компонентов в единый монолит.
Разработка композиционных материалов направлена на расширение ассортимента современных эффективных материалов; повышение надежности и комфортности возводимых объектов; рациональное использование природных и техногенных ресурсов путем глубокой переработки сырья; оздоровление экологической обстановки.
Магнезиальные композиции мелкозернистой структуры с наполнителем рекомендованы для изготовления элементов благоустройства (малые архитектурные формы, например, вазоны). Гипсомагнезиальные композиции комбинированной волокнистой структуры с пустотелым мелкодисперсным заполнителем рекомендованы в качестве формовочной массы для сердечника при изготовлении стекломагнезитового листа.
Магнезиальные композиции комбинированной структуры на основе органоминерального поризо-ванного волокнисто-зернистого заполнителя рекомендованы для изготовления стеновых теплоизоляционных блоков.
Разработанные рецептуры композиций способны обеспечить реализацию принципов ресурсосбережения, технико-экономические расчеты подтверждают целесообразность и эффективность производства композиционных материалов на основе смешанных магнезиальных вяжущих и комплексного использования техногенного сырья.
Магнезиальные композиции мелкозернистой структуры с наполнителем характеризуются рацио-
нальным комплексным использованием одного вида техногенного материала (наполнитель, заполнитель), минимизацией доли каустического магнезита
Гипсомагнезиальные композиции комбинированной волокнистой структуры с пустотелым мелкодисперсным заполнителем (стекломагнезитовые листы) характеризуются снижением доли каустического магнезита за частичной счет замены дефицитного компонента гипсовым вяжущим; комплексным использованием различных видов техногенных материалов; заменой малодоступного перлита распространенной зольной микросферой, исключением пенообразователя;
Магнезиальные композиции комбинированной структуры на основе органоминерального поризо-ванного волокнисто-зернистого заполнителя характеризуются многообразием техногенных компонентов, сочетаемым в составе одной композиции; рациональным использованием отслужившей пенополисти-рольной упаковки, которую подвергают измельчению и используют взамен гранул, изготавливаемым по энергоемкой технологической схеме; вытеснением дорогостоящего портландцемента из формовочной массы.
Выводы.
Разработаны композиционные материалы с управляемой структурой на основе комплексного использования техногенных материалов различного состава и строения посредством реализации активизирующего воздействия магнезиального вяжущего.
Установлена возможность и обоснованы рациональные приемы формирования комбинированных структур композиционных материалов за счет целенаправленного сочетания в заполнителе полимодальных частиц различного строения, формы и размеров. Показана целесообразность мелкозернистого строения композиционных материалов, обеспечивающего компактную структуру с наибольшим заполнением матрицы.
Предложены способы приготовления формовочных масс, основанные на первичном контакте компонентов, формирующих устойчивость матрицы композиционных материалов.
Список литературы:
1. Зырянова В. Н., Лыткина Е.В, Бердов Г. И. Повышение механической прочности и водостойкости магнезиальных вяжущих веществ при введении минеральных наполнителей//Известия вузов. Строительство. -2010. - № 3. - С. 21-27.
2. Орлов А. А., Черных Т. Н., Крамар Л. Я., Трофимов Б. Я. Энергосбережение при получении магнезиального вяжущего строительного назначения//Строительные материалы. - 2011. - № 8. - С. 47-50.
3. Мирюк О. А. Магнезиальные композиции с использованием техногенных материалов//Технологии бетонов. - 2015. № 5/6. - С. 9-13.
