CC BY
44УДК 666.941.3
Е.В. МАРЧИК, инженер; С.В. ПЛЫШЕВСКИЙ, канд. техн. наук; М.И. КУЗЬМЕНКОВ, д-р техн. наук, профессор, учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет» (Минск); В.П. ИЛЬИН, канд. техн. наук, РУП «Белорусский научно-исследовательский геолого-разведочный институт» (Минск)
Влияние содержания хлоридов калия и натрия в растворе хлорида магния на вяжущие свойства магнезиального цемента
Ранее проведенные нами исследования по разработке технологического процесса получения магнезиального вяжущего из доломита [1, 2] позволили установить, что в зависимости от режима обжига природного доломита, затворения каустического доломита, природы затворителей может быть получено вяжущее, которое по своим основным физико-механическим свойствам не уступает каустическому магнезиту. При этом было показано, что затворение каустического доломита раствором хлорида магния реактивной квалификации, бишофита карналлитовым рассолом, отличающимися различным содержанием в них примесей хлоридов калия и натрия, оказывает существенное влияние на вяжущие свойства цемента. В связи с этим было сделано предположение, что хлориды щелочных металлов являются сильными модификаторами магний-хлоридного затворителя. Этим, по-видимому, объясняется определенная противоречивость данных относительно процесса твердения магнезиального цемента на основе как каустического магнезита, так и каустического доломита.
Анализ литературных источников показал, что в работах, посвященных изучению процесса твердения магнезиального цемента, влияние примесей фактически не изучено.
В связи с этим было исследовано влияние содержания хлоридов калия и натрия в растворе хлорида магния на процесс твердения, структуру и основные физико-механические свойства магнезиального цемента.
Каустический доломит получали по методике [3], затем его измельчали в лабораторной планетарной
мельнице марки Reatsch PM 100 с получением цемента следующего гранулометрического состава, мас. %: фракция, мм < 0,032 - 1,5; 0,032-0,045 - 17,3; 0,0450,063 - 20,1; 0,063-0,08 - 31,6; 0,08-0,1 - 10,0; 0,10,125 - 11,8; > 00125 - 7,7. В качестве затворителя каустического доломита использовали раствор хлорида магния квалификации «ЧДА» по ГОСТ 7759-73 плотностью 1200 кг/м3 с температурой 20±2оС.
Исследования проводили на модельных образцах вяжущего, состоящего из каустического доломита и растворов хлорида магния, содержащих различное количество добавок KCl и NaCl. Их влияние на вяжущие свойства магнезиального цемента после его твердения на воздухе в возрасте 7 сут показано на рис. 1.
Как видно, содержание хлорида калия в затвор ителе в количестве 0,2-1,2% повышает прочность цементного камня на 10%. При дальнейшем увеличении его содержания в затворителе происходит резкий спад прочности.
Введение в раствор затворителя хлорида натрия в количестве до 0,6% также приводит к увеличению прочности цементного камня почти на 5%, однако при его содержании в затворителе более 0,6% происходит снижение его прочности. В обоих случаях изменение прочности проходит через максимум при содержании хлорида калия 0,8% и хлорида натрия 0,4%.
Рентгенографическим анализом в продуктах твердения цементного камня, полученного с использованием модифицированного затворителя, обнаруживаются следующие кристаллические фазы: Mg3(OH)5Cl-4H2O, CaCO3, реликтовые MgO, доломит и примеси. Причем
70
- 65
60
55
50
NaCj.^
1 1 1 1 1
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 Содержание хлоридов калия и натрия в затворителе, мас. %
Рис. 1. Зависимость прочности на сжатие магнезиального цемента от содержания в затворителе хлоридов калия и натрия
Ï8 О"
75
70
65
60
55
^N. ----KCl
1 1 1 ^v.^NaCl,/ 1 1 1
0 0,6 1,2 1,4
Содержание хлоридов в растворе затворителя, мас. %
Рис. 2. Влияние содержания KCl и NaCl в затворителе на количество растворенного MgO
Cj научно-технический и производственный журнал
® май 2011
в присутствии KCl и NaCl увеличивается интенсивность пиков, характерных для Mg3(OH)5Cl-4H2O, и уменьшаются пики, соответствующие MgO. Это свидетельствует о том, что хлориды щелочных металлов способствуют более полному растворению и образованию большего количества тетрагидрата пентагидроксохло-рида магния, формирующего структуру, а следовательно, и прочность цементного камня. Установлено, что растворимость MgO в растворе хлорида магния в присутствии KCl и NaCl на 15% выше по сравнению с исходным затворителем (рис. 2). Растворимость оценивалась по приросту массы твердой фазы после фильтрации и сушки.
Кроме того, добавка KCl и NaCl снижает вязкость цементного теста, ускоряет протекание кристаллизационных процессов в твердеющей системе, что подтверждается изменением растекаемости цементного теста (рис. 3).
На электронно-микроскопических снимках (рис. 4) хотя и не наблюдается существенной разницы в структуре цементного камня, полученного при различном содержании хлоридов калия и натрия в затворителе, однако по сравнению с контрольным образцом заметно уменьшение пористости цементного камня.
Таким образом, присутствие KCl и NaCl в растворе бишофита либо карналлита в количестве 0,1—1,2 и 0,1— 0,6% соответственно приводит к росту прочности цементного камня на 10—15%. Поскольку в природных растворах бишофита и карналлита всегда присутствуют совместно как KCl, так и NaCl, были проведены исследования их общего влияния на прочностные свойства цементного камня (рис. 5).
Как видно из рис. 5, совместное присутствие хлоридов калия и натрия в затворителе по-разному влияет на
Рис. 4. Электронно-микроскопические снимки цементного камня, полученного с различным содержанием хлоридов калия и натрия в растворе затворителя
55 50 45 40 35 30 25
0 0,2 0,6 1,2 Содержание хлоридов калия и натрия в затворителе, мас. %
Рис. 3. Зависимость растекаемости цементного теста от содержания в затворителе хлоридов калия и натрия
Химический состав карналлитовых рассолов
№ состава Плотность, кг/м3 Химический состав рассола карналлита, мас. %
MgCI2 KCl NaCl H2O
1 1210 20,3 2,7 4,5 72,5
2 1230 18,7 3,2 4,8 73,3
3 1230 19,9 3,2 6 70,9
4 1260 26,6 1,8 1,3 70,3
5 1290 31,1 0,7 0,2 68
6 1330 31,3 0,4 1,3 67
научно-технический и производственный журнал ф'ГРО/ГГ'" JJbrlbJ"
май 2011
70
65
60
55 -
50
0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Содержание KCl в затворителе, мас. %
Рис. 5. Влияние совместного присутствия хлоридов калия и натрия на прочность магнезиального цемента: 1 - 0,1% NaCl; 2 - 0,2% NaCl; 3 - 0,4% NaCl; 4 - 0,6% NaCl
70
С 65 -
S 60
55
50
45
контр. 1 2 3 4 5 6
Номер состава затворителя
Рис. 6. Зависимость прочности на сжатие образцов магнезиального цемента от состава карналлитового рассола
вяжущие свойства магнезиального цемента. Высокие вяжущие свойства цемента сохраняются при содержании в затворителе добавок 0,1-1,2% KCl и 0,1-0,6% NaCl. Такое влияние на свойства магнезиального цемента примесных хлоридов щелочных металлов, в частности KCl и NaCl, в растворе хлорида магния, вероятно, обусловлено деформированным состоянием кристаллической решетки Mg3(OH)5CMH2O. Свободные вакансии в кристаллической решетке легко заполняются одновалентными ионами калия и натрия, тем самым уплотняя структуру цементного камня и повышая его прочность. Превышение установленного предельного содержания в затворителе ионов калия и натрия ухудшает вяжущие свойства цемента.
Полученные результаты исследований использованы для определения оптимальных составов затво-рителей магнезиального цемента на основе карналли-товых рассолов. Карналлитовые рассолы подвергались очистке от хлоридов калия и натрия путем термической обработки. Составы рассолов с различным содержанием KCl и NaCl приведены в таблице. Результаты исследований прочностных свойств магнезиального цемента, затворенного ими, представлены на рис. 6.
Как видно, высокую прочность на сжатие (около 70 МПа) показывает образец вяжущего, полученного на карналлитовом рассоле № 5 плотностью 1290 кг/м3 и содержанием KCl - 0,7% и NaCl - 0,2%, что согласуется с результатами исследований, полученных на модельных образцах.
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено положительное влияние на вяжущие свойства магнезиального цемента, полученного из доломита, присутствия в затворителе (растворе хлорида магния) ионов щелочных металлов. Их содержание в количестве, не превышающем 1,2 % KCl и 0,6 % NaCl, повышает скорость набора и показатели прочности цементного камня. Сделано предположение о возможном встраивании ионов калия и натрия в пустоты деформированной кристаллической решетки продукта твердения цемента - Mg3(OH)5CMH2O, за счет чего уплотняется структура цементного камня, что приводит к повышению его прочности.
Ключевые слова: магнезиальное вяжущее, твердение цемента, затворитель, хлорид магния.
Список литературы
1. Кузьменков М.И., Марчик Е.В., Стародубенко Н.Г. Магнезиальный цемент из местного сырья. Концептуальные аспекты проблемы // Труды БГТУ. Сер. III. Химия и технология неорган. веществ. 2007. Вып. XV. С. 51-53.
2. Кузьменков М.И., Марчик Е.В., Плышевский С.В. Бетоны на основе магнезиального цемента // Труды II международного симпозиума «Проблемы современного бетона и железобетона». Минск, 21-23 октября 2009 г. С. 224-231.
3. Кузьменков М.И., Плышевский С.В., Стародубенко Н.Г. и др. Способ получения каустического доломита. Пат. 10407 РБ // Опубл. 12.04.07 Б.И. № 1. С. 88.
В издательстве «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ»
ВЫШЕЛ ДАЙДЖЕСТ «Сухие строительные смеси»
Часть 2
SrftWfi/Jiii-liiiS ШДГЁМШШ)'
ДАЙДЖГСТ^__
«Сухие строительные смеси»
В дайджест вошли статьи, опубликованные в журнале «Строительные материалы»® за 2004-2008 гг. - всего более 60 статей по тематическим разделам:
- компоненты для производства ССС;
- технология и оборудование;
- результаты научных исследований;
- применение ССС;
- рынок ССС.
Для приобретения дайджеста следует направлять заявку произвольной формы в издательство по факсу или электронной почте.
Не забудьте указать наименование организации, почтовый адрес доставки, ФИО получателя.
Телефон/факс: (499) 976-20-36, 976-22-08 E-mail: mail@rifsm.ru www.rifsm.ru
Cj научно-технический и производственный журнал
® май 2011
