Магнезиальное вяжущее, модифицированное сульфатными добавками

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Ижевский государственный технический университет

Вильнюсский технический университет им. Гедиминаса

Магнезиальное вяжущее, модифицированное сульфатными добавками

Плеханова Т.А., канд. техн. наук, доцент,

Лопаткин И.Г., аспирант,

Яковлев Г.И., д-р техн. наук, профессор

Керене Я., д-р-инженер, профессор

Разработка эффективных материалов на основе каустического магнезита невозможна без улучшения водостойкости и снижения усадочных деформаций изделий на их основе. Известно [1-3], что улучшение свойств магнезиальных вяжущих возможно за счет использования модифицирующих добавок различного происхождения. При этом интерес представляют добавки, имеющие в своем составе сульфатный анион, приводящий к формированию аморфной структуры магнезиального вяжущего [4].

В качестве сульфатсодержащего модифицирующего компонента, используемого для получения аморфной структуры, вводились природный ангидрит Горозубовского месторождения и фторангидрит предприятия ОАО «Галоген» техногенного происхождения, способные нейтрализовать усадочные явления магнезиального вяжущего и одновременно имеющие собственные вяжущие свойства. Для обеспечения оптимальной организации структуры связующей матрицы применялся дисперсный сульфатсодержащий отход гальванического производства карфосидерит Fe₃(SO₄)₂(OH)₅·H₂O (железистый кек) [5]. Фторангидрит и карфосидерит являются техногенными материалами, имеющими низкую стоимость, что способствует повышению эффективности использования модифицированных магнезиальных композиций. Для улучшения технологических свойств, повышения плотности структуры и прочности магнезиальных композиций использовалась пластифицирующая добавка С-3.

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рис. 1 Зависимость прочности на сжатие магнезиального вяжущего, модифицированного ангидритом в возрасте 7 суток

Использование в качестве модифицирующей добавки фторангидрита предприятия ОАО «Галоген» позволило повысить предел прочности на сжатие в возрасте 7 суток до 25,2 МПа, при добавлении молотой ангидритовой породы Горозубовского месторождения до 21 МПа. Прирост предела прочности на сжатие при оптимальном соотношении основных компонентов для образцов, изготовленных с использованием техногенного ангидрита, составил 31 % в сравнении с образцами, изготовленными без введения ангидрита.

Использование карфосидерита, как структурирующей добавки, привело к существенному повышению прочности композиций.

Результаты испытаний образцов в возрасте 7 суток представлены на рис. 2.

Как видно из рис. 2 оптимальные прочностные характеристики для модифицированного магнезиального вяжущего достигнуты при введении 1 % добавки карфосидерита от массы вяжущего.

Прирост предела прочности по сравнению с образцами без введения карфосидерита составил 92 % и 79,4 % соответственно для композиций полученных с использованием фторангидрита и природного ангидрита.

Основные физико-технические характеристики модифицированного магнезиального вяжущего приведены в табл. 1.

каустический магнезит усадочный

Рис. 2 Зависимость прочности на сжатие магнезиальных композиций в возрасте 7 суток, модифицированных фторангидритом и карфосидеритом

Таблица 1 Показатели физико-технических характеристик исходного и модифицированных магнезиальных вяжущих

Для дальнейших исследований использовался состав с введением фторангидрита и карфосидерита в возрасте 9 месяцев для выявления изменений в процессе эксплуатации магнезиального вяжущего.

На рентгеновском спектре модифицированного магнезиального вяжущего в возрасте 9 месяцев отмечается снижение интенсивности отражений оксихлоридов магния Mg₃Cl(OH)₅·4H₂O (d = 7,56 Е) в 4,5 раза и существенное возрастание интенсивности карбонизированных оксихлоридов магния Mg₄Cl₂(OH)₂(CO₃)·6H₂O (d = 11,5 Е) (рис. 3). Отражения, соответствующие оксиду магния Mg(OH₂) (d = 4,77; 2,37 Е) практически отсутствуют [6].

Таким образом, введение структурирующей добавки ускоряет процесс карбонизации минеральной матрицы с изменением минералогического состава. Карбонизированные новообразования являются более прочными и устойчивыми соединениями, что ведет к улучшению физико-механических свойств магнезиальных композиций [7].

Рис. 3 Рентгенограмма затвердевшего магнезиального вяжущего в возрасте 9 месяцев, модифицированного комплексной добавкой

Исследование микроструктуры магнезиального вяжущего под растровым электронным микроскопом показало, что при твердении магнезиального вяжущего, затворяемого раствором хлорида магния, формируется структура с кристаллогидратными новообразованиями, имеющими рыхлую волокнистую структуру (рис. 4а). Введение 20 % фторангидрита позволяет перевести структуру магнезиальной матрицы из кристаллогидратной в аморфную и приводит к дополнительному уплотнению структуры магнезиального вяжущего за счет гидратации ангидрита с образованием кристаллов двуводного гипса (рис. 4б). Ультрадисперсная добавка карфосидерит в количестве 1 % способствует структуризации аморфной структуры с формированием ориентационно-структурированной оболочки [8] в межфазных слоях магнезиального вяжущего со свойствами и структурой близкими ультрадисперсной добавке (рис. 4в).

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рис. 4 Микроструктура магнезиального вяжущего: (а) - без модифицирующей добавки (х8000), (б) - формирование уплотняющих новообразований на основе CaSO₄·2H₂O при введении модифицирующей добавки (х7000), (в) - структуризация магнезиальной матрицы карфосидеритом (х2500)

Анализ влияния модифицирующих добавок на процессы структурообразования и физико-технические характеристики магнезиального вяжущего позволил сделать следующие выводы.

1. При твердении магнезиального вяжущего, затворяемого растворами магнезиальных солей формируется структура с кристаллогидратными новообразованиями, имеющими рыхлую волокнистую структуру, которая предопределяет при высоких механических показателях низкую водостойкость и повышенную деформативность магнезиальных вяжущих.

2. Введение фторангидрита позволяет перевести структуру магнезиальной матрицы из кристаллогидратной в аморфную. Аморфные новообразования повышают плотность магнезиальной матрицы, улучшая механические характеристики композиций за счет изменения структуры композиций. Дополнительно использование фторангидрита приводит к дополнительному уплотнению структуры магнезиального вяжущего за счет гидратации ангидрита с образованием кристаллов двуводного гипса.

3. Стабилизация аморфной структуры во времени достигалась введением ультрадисперсной добавки в виде карфосидерита, которая способствовала формированию ориентационно-структурированной оболочки в межфазных слоях магнезиального вяжущего со свойствами и структурой близкими ультрадисперсной добавке.

4. Применение комплексной модифицирующей добавки приводит к ускорению процессов карбонизации аморфной матрицы с образованием карбонизированных оксихлоридов магния, более устойчивых к факторам окружающей среды. При этом отмечается существенное снижение содержания в модифицированной магнезиальной матрице метастабильного гидроксида магния.

5. При использовании комплексной добавки достигается повышение прочности модифицированного магнезиального вяжущего до 92 %, увеличение коэффициента размягчения составляет 0,92.

СПИСОК литературЫ

1. Сватовская Л.Б., Сычев М.М. Активированное твердение цементов. - Л.: Стройиздат, 1983. - 161 с.

2. Вайвад А.Я. Магнезиальные вяжущие вещества. - Рига, 1971. - 315 с.

3. Jakowlew G.I. Gepresste Holzmagnesiaerzeugnisse als abfallprodukte der Holzbearrbeitung // Bauzeitung. - № 9, 1999. - S. 38 - 40.

4. Каминскас А.Ю. Технология строительных материалов на магнезиальном сырье. Вильнюс: Мокслас, 1987. - 341 с.

5. Плеханова Т.А. Магнезиальные композиционные материалы, модифицированные сульфатными добавками. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Казань, 2005. - 22 с.

6. Горшков В.С., Савельев В.Г., Абакумов А.В. Вяжущие, керамика и стеклокристаллические материалы: Структура и свойства: Справочное пособие. - М.: Стройиздат, 1994. - 576 с.

7. Jakowlew G.I., Keriene J., Krutikow W.A., Plechanowa T.A., Kodolov W.I., Makarova L.G. Grenzflдchenuntersuchungen in Holzmagnesia-erzeugnissen // In 15. Internationale Baustofftagung “Ibausil”. Tagungsbericht-Band 1. Weimar, 2003. - S. 1-0865 - 1-0873.

8. Яковлев Г.И. Структурная организация межфазных слоев при создании кристаллогидратных композиционных материалов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. - Пермь, 2004. - 35 с.

Размещено на Allbest.ru