1790

А.М. Сизиков, Е.В. Шаповалова

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ

КАЧЕСТВА

МАГНЕЗИАЛЬНЫХ

БЕТОНОВ

Омск·2009

3

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная

академия (СибАДИ)»

А.М. Сизиков, Е.В. Шаповалова

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА МАГНЕЗИАЛЬНЫХ БЕТОНОВ

Монография

Омск Издательство СибАДИ

4

2009

УДК 666.974.64 ББК 38.331.3 С 34

Рецензенты:

директор департамента архитектуры и градостроительства, главный архитектор г. Омска А.Г. Тиль;

зам. руководителя департамента строительного комплекса и архитектуры, начальник управления архитектуры и градостроительства Министерства строительства и жилищно-коммунального комплекса Омской области

А.А. Виноградов

Монография одобрена редакционно-издательским советом СибАДИ

Сизиков А.М., Шаповалова Е.В.

С 34 Пути повышения качества магнезиальных бетонов: монография. –

Омск: СибАДИ, 2009. - 92 с.

ISBN

Монография посвящена вопросам повышения качества магнезиальных бетонов, применяемых для производства строительных изделий и конструкций. Рассмотрена существующая классификация магнезиальных бетонов, вопросы влияния вида сырья и особенностей технологического процесса обжига на качество материала. Исследовано влияние заполнителей, природы жидкости затворения на прочность и водостойкость бетона. Рассмотрены пути повышения качества пенобетона на основе магнезиального цемента. Предложена технологическая схема для производства плотного и ячеистого магнезиального бетона. Предназначена для студентов старших курсов, аспирантов и специалистов в области строительного материаловедения.

Табл. 43. Ил. 24. Библиогр.: 32 назв.

5

1. КЛАССИФИКАЦИЯ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ БЕТОНОВ

Классификация магнезиальных бетонов проводится по различным признакам [1]. Для использования магнезиальных бетонов в Общероссийском классификаторе продукции (ОКП) введено десятичное кодирование. Согласно этому принята следующая классификация:

1.Класс – огнеупоры (номер – первые две цифры).

2.Подкласс – магнезиальные огнеупоры (номер – третья цифра).

3.Группа – магнезиальные бетоны (номер – четвертая цифра).

4.Подгруппа (номер – пятая цифра).

5.Вид (номер – шестая цифра).

6.Состав (номер – с седьмой по десятую цифры).

В группу магнезиальных бетонов входят 10 подгрупп, в каждую группу – 10 видов, в каждый вид – 1000 составов. Такая классификация дает возможность кодировать 100 тысяч составов.

Второй принцип классификации – по химико-минералогическому составу. Согласно этому принципу магнезиальные бетоны делятся на подгруппы: магнезиальноизвестковые (содержат оксид магния и оксид кальция); магнезиальношпинелидные (оксид магния и оксиды трехвалентных металлов, например, алюминия или хрома); магнези- ально-углеродистые (оксид магния и углерод); магнезиальносиликатные (оксид магния и оксид кремния) и магезиально-цирконистые (оксид магния и оксид циркония). В табл. 1 приведена массовая доля основных оксидов в различных подгруппах магнезиальных бетонов.

Магнезиальные бетоны представляют собой дисперсные системы, в которых дисперсной фазой являются цемент и заполнители, а дисперсионной средой – химическая связка.

Третий принцип, по которому проводят классификацию магнезиальных бетонов – по степени измельчения дисперсной фазы.

Системы, в которых размер частиц дисперсной фазы не превышает 10-7 см, относятся к молекулярно-дисперсным растворам – дисперсидам.

Дисперсоиды, или коллоидно-дисперсные системы, содержат частицы дисперсной фазы размером 10-5 – 10-7 см.

Размер частиц дисперсной фазы в грубодисперсных суспензиях превышает 10-5 см.

6

Дисперсные системы образуются на стадии смешивания магнезиального цемента с жидкостью затворения, поэтому для них обязательно присутствие жидкой дисперсионной среды.

Таблица 1

Массовая доля основных оксидов в различных подгруппах магнезиальных бетонов

После завершения процессов твердения из дисперсной системы образуется магнезиальный бетон. В бетонах частицы дисперсной фа-

7

зы размером менее 0,1 мм представлены вяжущим или цементами: обычными (не менее 100 мкм), дисперсными (менее 1 мкм) и ультрадисперсными (менее 0,01 мкм). Частицы, размер которых превышает 0,1 мм, являются заполнителями. Микрозаполнители имеют размер частиц 0,1 – 3 мм, а макрозаполнители – более 3 мм. Магнезиальные бетоны с микрозаполнителями, в которых допускается присутствие жидкой дисперсионной среды до 20 %, называются «мартель».

По количеству вводимого цемента магнезиальные бетоны подразделяют на обычные (15-35 % цемента), низкоцементные (5 – 15 % цемента), ультранизкоцементыне (менее 5 %) и бесцементные.

По способу формования различают прессованные, трамбованные, вибрированные, литые и торкретированные бетоны.

Классификация по величине пористости приведена в табл. 2.

Бетоны с общей пористостью менее 45 % относятся к плотным, а с пористостью более 45 % - к теплоизоляционным.

Унифицированная маркировка магнезиальных бетонов устанавливается по ОСТ 14-22-195-86 [4]. На первом месте стоит буквенное обозначение, указывающее вид продукции (С – смеси, М – массы, И – изделия, Б – блоки). Вторая буква указывает минеральный состав бетона, третья – способ формования. Иногда вместо способа формования третья буква указывает основную область применения бетона. После буквенных обозначений идут цифры. На первом месте стоит условный номер огнеупорного цемента, затем номер химической связки, следующие цифры обозначают технологические особенности бетона. Например: ПХБЛ-851 – периклазохромитовые блоки литые на периклазовом цементе и полифосфатной связке.

8

Классификация магнезиальных бетонов по свойствам, определяющих области их применения, приведена в табл. 3.

Для каждого вида магнезиального бетона существует оптимальная область применения, определяемая температурой и условиями эксплуатации.

Рассмотрим также классификацию заполнителей, используемых в магнезиальных бетонах. Магнезиальные заполнители – магнезиальные макрозернистые материалы с размерами зерен более 0,1 мм, образующие при взаимодействии с вяжущими веществами бетоны с заданными термомеханическими свойствами.

9

По внешнему виду различают зернистые, ячеистые и волокнистые заполнители. В табл. 4 дана классификация заполнителей по зерновому составу.

По открытой пористости магнезиальные заполнители подразделяют на высокоплотные (менее 10 % пор), плотные (11 –15 %), повышенной плотности (16 – 20 %), обычной плотности (21 – 30 %), пониженной плотности (31 – 45 %) и низкой плотности (более 45 % пор).

Использование в качестве заполнителей волокнистых и игольчатых частиц углеродистого, высокоглиноземистого, корундового и магнезиального составов резко повышает термостойкость и износоустойчивость магнезиальных бетонов.

Для изготовления магнезиальных бетонов используют различные виды вяжущих веществ. Вяжущие должны обеспечивать твердение бетона при низких температурах, сохранение прочности при средних температурах, формирование износоустойчивой структуры бетона вплоть до высоких температур. В зависимости от своего состава вяжущие делятся на 5 видов: гидратационные, сульфатно-хлоридные, силикатные, фосфатные и органические.

Гидратационные вяжущие твердеют при смешивании с водой. К ним относятся высокоглиноземистый, глиноземистый, барийалюминатный, периклазоалюминатный, алитопериклазовый и периклазовый цементы.

Дисперсионной средой в сульфатно-хлоридных вяжущих являются растворы сульфатов и хлоридов магния, железа и алюминия, а

10

также алюминаты натрия. Дисперсная фаза – различные магнезиальные цементы. Иногда в качестве жидкости затворения используют отход производства – отработанные растворы травильных ванн.

Силикатные вяжущие – дисперсные системы, в которых дисперсная фаза (магнезиальный цемент) смешивается с щелочными силикатами (жидкое стекло). Используются также этилсиликат, кремнезоль

идругие растворы, содержащие золь кремнекислоты.

Вфосфатных вяжущих магнезиальный цемент смешивают с растворами фосфорной кислоты и ее кислыми солями. Наибольшее распространение в качестве жидкости затворения получили полифосфаты натрия, триполифосфат натрия и тринатрийфосфат. Используют также смеси ортофосфорной кислоты с периклазовым порошком, при этом получается магнийфосфатная связка, или с доломитом (доломитфосфатная связка). Для торкретирования применяют кальцийфосфатную, алюмохромфосфатную, цирконий-фосфатную связи.

Ворганических вяжущих магнезиальные цементы смешивают с органическими веществами: смолами, пеками, отработанными техническими маслами, битумом, гудроном, лигносульфонатом и др.

По способам получения магнезиальные вяжущие делят на три группы: химические, механохимические и экзотермические.

Химические вяжущие – дисперсные системы, состоящие из огнеупорных цементов и химических (механохимических) связок, полученные простым смешиванием.

Механохимические вяжущие – дисперсные системы, состоящие из огнеупорных цементов и химических, механохимических связок, полученных при совместном помоле огнеупорных материалов, воды, растворов с добавками солей или без них. Твердеют вследствие прохождения между ними процессов образования новых соединений, полимеризации или поликонденсации.

Экзотермические вяжущие – это дисперсные системы. состоящие из огнеупорных цементов, химических или механохимических связок

иэкзотермических добавок, полученные путем их простого смешивания или совместного помола и твердеющие вследствие прохождения между ними экзотермических процессов.

Магнезиальные цементы – это магнезиальные микрозернистые материалы, которые при взаимодействии с химической связкой образуют вяжущее, обладающее адгезионными свойствами. Обычные магнезиальные цементы содержат частицы размерами менее 0,06 мм, дисперсные цементы – мельче 1 мкм и ультрадисперсные цементы –

11

частицы мельче 0,01 мкм в количестве не менее 95 %. По своему составу магнезиальные цементы классифицируются также как магнезиальные бетоны: периклазовый, периклазоизвестковый, известковопериклазовый, алитопериклазовый, известковый, периклазохромитовый, хромитопериклазовый, хромитовый, форстеритовый и другие.

Химическими связками называют водные растворы солей, кислот или щелочей, при взаимодействии которых с магнезиальными цементами происходит твердение при низких температурах, при этом прочность бетона не снижается при средних температурах и формирующаяся структура оказываетсяизносоустойчивой при высоких температурах.

Механохимические связки – это растворы, коллоиды или суспензии, полученные путем совместного помола огнеупорного материала с водой и добавками солей или органических соединений.

При добавлении к механохимическим связкам металлических порошков получают экзотермические связки.

Взависимости от используемой жидкости затворения связки, также как и вяжущие, подразделяются на гидратационные, сульфат- но-хлоридные, силикатные, фосфатные и органические.

Добавки вводят в магнезиальные бетоны для корректировки их свойств. К добавкам, регулирующим реологические свойства, относятся пластифицирующие и разжижающие; к регулирующим сроки схватывания и твердения – ускорители и замедлители твердения, противоморозные добавки; к регулирующим структуру – противоусадочные, микрогазообразующие, эвтектические; регулирующие термомеханические свойства бетонов – повышающие термостойкость, плотность, шлакоустойчивость. Есть также добавки, регулирующие поверхностные свойства бетонных изделий – органические покрытия, пропитывающие растворы, добавки, понижающие поверхностное натяжение; уменьшающие выгорание углерода (антиоксиданты).

Внастоящей монографии приведены результаты исследования магнезиальных бетонов, в которых в качестве дисперсионной среды использовались хлоридно-сульфатные вяжущие (растворы хлоридов и сульфатов магния), а дисперсионной фазой являлся магнезиальный цемент на основе каустического магнезита.

12