1790

больше, размол пыли повышает ее вяжущие свойства и сокращает сроки схватывания.

Требование к инертным добавкам состоит в том, что тонкость их помола должна быть не хуже, чем каустического магнезита. Показана возможность замены до 50 % вяжущего тонкомолотой цемянкой. Вероятно, цемянка не является абсолютно инертной добавкой, имеет место взаимодействие между оксидом кремния, входящим в состав цемянки, и продуктами твердения магнезиального цемента, что положительно сказывается на прочности материала.

В качестве сырья может применяться и каустический доломит. Его можно рассматривать как смешанное вяжущее, состоящее из активной части – оксида магния (около 20 %), и инертной добавки в виде карбоната кальция (в пределах 80 %). Месторождения доломита более распространены, чем месторождения магнезита, и отличаются большей мощностью. Пенобетон на основе вяжущего, полученного обжигом доломита, по прочности приближается к пеномагнезиту с содержанием в вяжущем 25 % каустического магнезита. Прочность при сжатии образцов плотностью 400 – 500 кг/м3 на растворе сульфата магния в возрасте 28 суток составила от 10 до 15 кг/см2. Требования к каустическому доломиту следующие: время схватывания незначительное, начало схватывания – не более 1 часа. Тонкость помола должна быть высокой, остаток на сите 900 отв./см2 не более 1 %, проход через сито 4900 отв./см2 не менее 85 %. Прочность при растяжении – не более 18 кг/см2, при сжатии – не менее 200 кг/см2 для образцов в возрасте 28 суток. Механические испытания проводятся так же, как и для образцов из каустического магнезита в составах 1 : 3 с кварцевым песком на растворе хлорида магния плотностью 1,165 г/см3. Содержание оксида магния в доломите должно быть не менее 18 %. свободного оксида кальция – не более 2,5 %, потери при прокаливании – от 30 до 35 %. Вяжущие свойства каустического доломита могут быть значительно повышены добавкой каустического магнезита в количестве 5 % от веса доломита.

При выборе раствора для затворения цемента следует учитывать, что соли натрия и калия понижают прочность магнезиального цемента и повышают его гигроскопичность. Для отделения хлоридов натрия и калия из сырья вначале получают раствор высокой плотности не ниже 1,25 г/см3, затем отделяют осадок, после чего готовят раствор рабочей концентрации.

83

6.2. Основные процессы производства пеномагнезита

Производство пенобетона на основе магнезиального цемента аналогично производству пенобетона на основе портландцемента. Опыт производства ксилолита в Омском ТОО «АВЭ» подтвердил возможность использования обычного смесительного оборудования при работе с магнезиальными вяжущими и растворами хлоридов магния при условии соблюдения некоторых технологических приемов. Разработаны технические условия на производство стеновых блоков из ячеистого бетона на основе магнезиального вяжущего [32]. Ниже предлагается первый вариант объединенной технологической схемы,

вкоторой заложены следующие условия:

-предприятие предназначено для выпуска изделий как из плотного, так и из ячеистого магнезиальных бетонов;

-оба вида бетона могут выпускаться как поочередно, так и одновременно – при условии устройства промежуточных ёмкостей для компонентов;

-схема должна обеспечивать минимальную численность обслуживающегоперсоналаи минимизациюколичества единиц оборудования.

Предложенная объединённая технологическая схема (рис. 23) достаточно проста и удовлетворяет перечисленным условиям. Специальными устройствами являются пеногенератор – смеситель и пенобетононасос, которые выпускаются отечественными машиностроительными предприятиями. Специальное оборудование для неавтоклавных ячеистых бетонов может быть сконструировано и изготовлено в короткие сроки на машиностроительных предприятиях города Омска.

Предложенный вариант технологической схемы учитывает преимущества производства магнезиальных бетонов по сравнению с технологией плотных и ячеистых бетонов на основе портландцемента. Вследствие высокой пластичности плотного магнезиального бетона и подвижности пеномагнезиальной смеси отпадает необходимость в вибростендах и других устройствах для уплотнения смесей при формовании изделий. Имеется возможность использования в качестве затворителей и заполнителей широкогокруга материалов, включаяпромотходы.

Тепловая обработка магнезиальных бетонов при твердении не только не требуется, но в ряде случаев вредна. Нарастание прочности пеномагнезита при нормальной температуре и влажности воздуха можно характеризовать следующими цифрами [23]: прочность при

84

сжатии на 4 день составляет 10 – 15 кг/см2, на 7 день – 15 – 20 кг/см2, на 28 день – 20 – 35 кг/см2. Эта прочность относится к пеномагнезитуплотностью 400 – 600 кг/м3 состава одна часть каустического магнезита и 0,5 частей цемянки.Нарис.24показанапотерявесапеномагнезитомприеготвердении.

Рис. 24. Потеря веса пеномагнезитом при его твердении в зависимости от природы и плотности жидкости затворения

В пеномагнезите на растворе хлорида магния удаление воды заканчивается через 8 – 10 дней, на растворе сульфата магния – позже. Прочность пеномагнезита продолжает нарастать длительное время. Установлено, что нарастание прочности при сжатии продолжается до года. В табл. 42 приведены оптимальные составы магнезиальных бетонов различного назначения. В колонке, где приводится расход бишофита, в числителе указана массарастворавкилограммах,авзнаменателе–объёмвлитрах.

Производство магнезиального бетона не лишено недостатков, которые для успешного достижения цели необходимо учитывать. Вследствие высокой адгезии магнезиальных бетонов к различным материалам необходима тщательная подготовка внутренней поверхности стенок форм, например, обработка вязкими маслами или лаками для предотвращения прилипания бетона к стенкам. При изготовлении пенобетонной смеси в пеногенераторе – смесителе наблюдается интенсивное пыление, поэтому система пылезащиты требует серьезной проработки. Высокая подвижность (текучесть) пеномагнезиальной смеси требует при формировании изделийхорошейгерметизацииформвоизбежаниепротеканиясмеси.

85

Таблица 42

Оптимальные составы магнезиальных бетонов различного назначения

Плотный магнезиальный бетон повышенной водостойкости (наружный облицовочный слой, облицовочная плитка, черепица)

Пенобетон для наружных стен (защита от воздействия влаги обязательна)

С.И. Килессо и А.В. Иванова [23] показали, что для ускорения процесса тверденияпеномагнезитацелесообразноприменятьметодгорячегозамеса.Онза- ключаетсявпредварительномнагреверастворасолидотемпературы50–60оС. При затворении вяжущего горячим раствором соли повышается гомогенность пеномассы и ее пластичность,чтопозволяет несколько уменьшить расход соли. Этотметодбылпровереннамагнезиальныхрастворахскварцевымпескомсостава1:3.Прочностьприсжатиинавторыесуткидляобразцов,изготовленныхме- тодомгорячегозамеса,на40–50%превышалапрочностьобразцов,изготовлен- ныхобычнымспособом.Результатыэкспериментаприведенывтабл.43.

Таблица 43

Сравнительные результаты испытания образцов пеномагнезита, изготовленных методом горячего замеса и стандартным методом, на прочность при сжатии

Пеномагнезит во втором опыте отличался меньшим удельным весом. В третьем опытепеномагнезитбылполучениз грубодисперсногосырья(проход через сито4900отв./см2 составилвсего40%). Этиисследования доказали,что твердение пеномагнезита может быть ускорено методом горячего замеса, что легкоосуществитьвусловияхстроительнойплощадки.Этотметодпозволяетв короткие сроки получить материал высокой прочности, при этом прочность повышаетсянетольконаначальные,ноинаконечныесрокитвердения.

ВЫВОДЫ

1.Исследование физико-механических свойств бетонов на магнезиальных вяжущих показало, что по ряду свойств они превосходят плотные и ячеистые бетоны на основе портландцемента.

2.Россия располагает источниками сырья, способными обеспечить организацию производства изделий на основе магнезиальных вяжущих любой производительности в любой части страны.

3.Режим обжига сырья следует выбирать в зависимости от его природы. Обязательным условием является тонкий помол продукта. В случае длительного хранения обожженного продукта для по-

вышения его активности следует проводить дополнительный обжиг при 400 оС в течение 1 часа.

4.В процессе производства бетонов на основе каустического магнезита часть вяжущего (до 75 %) может быть заменена тонкомолотыми инертными добавками, в частности, золой-унос или цемянкой.

5.Добавлениецемянкиприводиткснижениюводопоглощенияматериала.

6.В производстве пеномагнезита в качестве пенообразователя может бытьрекомендовансинтанол,стабилизаторпены–обойныйклейМЦ.

7.Повысить водостойкость пеномагнезита можно путем замачивания изделий с их последующим высушиванием. При этом происходит вымывание избыточного свободного хлорида магния.

8.Увеличить скорость твердения пеномагнезита можно методом горячего замеса, который заключается в нагревании раствора соли.

9.Определены оптимальные соотношения компонентов для изготовления плотного и ячеистого магнезиальных бетонов.

10.Получены патенты на изобретение пенобетона и газобетона на основе магнезиального вяжущего. Предложена технологическая схема производства бетонов на магнезиальном вяжущем.

11.Разработаны технические условия для производства стеновых блоков из ячеистого бетона на основе магнезиального вяжущего.

87

Библиографический список

1.Хорошавин Л.Б. Магнезиальные бетоны. М.: Металлургия, 1990. 168 с.

2.Крамар .Л.Я. Теоретические основы и технология магнезиальных вяжущих и материалов: автореф. дис….д-ра наук. Челябинск: Изд-во ЮжноУральского государственного университета, 2007. 42 с.

3.Ваганов А.П. Ксилолит (производство и применение). Л.–М.: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1959. 90 с.

4.ОСТ 14 – 22 – 195 – 86.

5.Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества: учебник для вузов. – М.: Стройиздат, 1986. 464 с.

6.Килессо С.И. Декоративный бетон в архитектуре. М.: Изд-во академии архитектуры СССР, 1941. 79 с.

7.Отделочные работы и материалы в скоростном строительстве. М.: Издво «Архитектура СССР». 1938. №12.

8.Байков А.А. Каустический магнезит, его свойства и отвердевание: из металлургической лаборатории Санкт-Петербургского политехнического института // Журнал Русского металлургического общества. Л., 1913. №3. Ч.1. С. 311 – 334.

9.Байков А.А. Теория твердения цементных растворов // Строительные материалы. Под ред. В.А. Кинд. Л.: 1931. С. 7 – 22.

10.Байков А.А. Избранные труды. М.: Металлургиздат, 1961. 328 с.

11.Кузнецов А.М. Технология вяжущих веществ и изделий из них. М.: Высш. шк. 1963. 455 с.

12.Черных Т.И. Магнезиальные вяжущие из бруситовой породы Кульдурского месторождения: дис. канд….тех. наук. Челябинск, 2005. 158 с.

13.Легостаева Н.В. Магнезиальные вяжущие и изделия на их основе из магнезитов Савинского месторождения: автореф. дис…канд. наук. Томск, 2006. 20 с.

14.Леонтьев И.В.. Крамар Л.Я., Королев А.С., Трофимов Б.Я., Бара-

нов Р.С. Композиция на основе магнезиального вяжущего. Патент РФ RU 2246364, 2001.

15.Исследования по повышению долговечности бетонов на магнезиальных вяжущих. Исследование составов, свойств и технологии изготовления пеномагнезита //Отчет о научно-исследовательской работе по договору № 6 – 96 СибАДИ. Погребинский Г.М., Сизиков А.М. и др. Омск, 1996. 47 с.

16.Сахаров Г.П., Стрельбицкий В.П. Тенденции развития технологии и улучшения свойств поробетона //Промышленное и гражданское строительство. 2001. № 9.

17.Румянцев Б.М., Критарасов Д.С., Зудяев Е.А. Технология и оборудование для производства пенобетонов методом сухой минерализации пены //Строительные материалы, оборудование и технологии ХХI века. 1999. № 3-4.

18.Кучма М.И. Поверхностно-активные вещества в дорожном строительстве. М.: Транспорт, 1980. 191 с.

88

19.Исследование эксплуатационных свойств пеномагнезита //Отчет о на- учно-исследовательской работе по договору № 37 – 96 СибАДИ. Погребинский Г.М., Сизиков А.М. и др. Омск, 1997. 30 с.

20.ГОСТ 25485 – 89. Бетоны ячеистые. Технические условия.

21.ГОСТ 12730.5 – 84. Бетоны. Методы определения водонепроницаемости.

22.ГОСТ 7076 – 87. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности.

23.Килессо С.И., Иванова А.В. Пеномагнезит, его свойства и технология производства. г. Перово: Изд-во Министерства коммунального хоз-ва РСФСР, 1947. 30 с.

24.Плеханова Т.А. Магнезиальные композиционные материалы, модифицированные сульфатными добавками: автореф. дис….канд. наук. Казань, 2005. 22 с.

25.Яковлев Г.И., Плеханова Т.А., Лопаткин И.Г., Керене Я. Магнезиальное вяжущее, модифицированное сульфатными добавками. URL http//www.jdsmt.ru /docs/18/18.php. (дата обращения: июль 2008 г.)

26.Неберкутина Е.А. Влияние минерального состава на прочность магнезиальных композиций // Семинар – совещание ученых, преподавателей и ведущих специалистов, работающих в области технологии керамики и огнеупоров, дизайна керамических изделий «Технология керамики и огнеупоров». Белгород, 2006.

27.ГОСТ17177–87.Материалыиизделиятеплоизоляционные.Методыконтроля.

28.ГОСТ 24452 – 80. Бетоны. Методы определения призменной прочности, модуля упругости и коэффициента Пуассона.

29.СНиП 2.03.01 – 84. Бетонные и железобетонные конструкции.

30.Виноградов А.А., Воронин В.Н., Мякишев А.Н., Погребинский Г.М., Си-

зиков А.М., Тиль А.Г. и др. Патент № 2103242 «Пенобетон на магнезиальном вяжущем и способ его изготовления». С 04 В 38/10.

31.Воронин В.Н., Мякишев А.Н., Сизиков А.М., Хлестунов В.М. Патент № 2107675 «Газобетон». С 04 В 38/02, 28/30.

32.ТУ 5830 – 001 – 47117324 – 97 «Блоки стеновые мелкие из ячеистого бетона на основе магнезиального вяжущего». Разработчик А.М. Сизиков

89

Содержание

Введение……………………………………………………………………………….3

1.Классификация магнезиальных бетонов ………………………………………..5

2.Основы химии твердения магнезиальных вяжущих…………………………..12

3.Сырье для производства магнезиальных вяжущих……………………………20

3.1.Магнезит – основное сырье для получения магнезиального цемента……….20

3.2.Доломит, бруситовый мрамор, змеевики и серпентины……………………...24

3.3.Основные этапы переработки сырья………………………………………… 25

3.4.Использование отходов производства в качестве сырья для получения магнезиального цемента………………………………………………………..30

3.5.Сырье для жидкости затворения……………………………………………….32

3.6.Сырье для заполнителей………………………………………………………..34

4.Физико-химические свойства плотного магнезиального бетона……………..35

4.1.Влияние жидкости затворения на свойства магнезиального бетона………..36

4.2.Влияние свойств обожженного магнезита на его активность……………….40

4.3.Влияние пигментов на свойства магнезиальных цементов………………….43

4.4.Влияние заполнителей на свойства бетонов на основе магнезиального цемента…………………………………………………………………………..45

5.Пенобетоны на основе магнезиального цемента…………………………….....56

5.1.Основы проектирования состава пенобетонов………………………………..56

5.2.Подбор пенообразователя………………………………………………………57

5.3.Способ «сухой» минерализации пены…………………………………………61

5.4.Двухстадийный способ минерализации пены…………………………………63

5.5.Свойства пенобетонов на основе магнезиального цемента…………………..66

5.6.Пути повышения водостойкости пенобетона на основе магнезиального цемента………………………………………………………………………...…73

5.7.Свойства модифицированного цемянкой пенобетона………………………...74

6.Технология изготовления изделий из магнезиальных бетонов………………..81

6.1.Исходные материалы и требования к ним……………………………………..81

6.2.Основные процессы производства пеномагнезита……………………………83

Выводы……………………………………………………………………………….87

Библиографический список…………………………………………………………88

90

Авторы выражают благодарность профессору СибАДИ Г.М. Погребинскому за научно-методическое руководство проведенными в академии исследованиями

ВВЕДЕНИЕ

Магнезиальные бетоны – огнеупорные безобжиговые композиционные материалы, состоящие из каустического магнезита, солей магния и различных заполнителей (древесная стружка, опилки, различные волокнистые материалы, резиновая крошка и т.п.), приобретающие свойства в результате твердения при нормальной температуре или при нагревании не выше 600 оС [1]. Эти бетоны отличаются от обычных цементных высокой технологичностью при укладке, быстрым набором прочности при сжатии и изгибе, низкими коэффициентом теплопроводности и истираемостью, хорошей биостойкостью и пожаробезопасностью. Они не образуют искр и пыли.

Магнезиальное вяжущее, используемое при изготовлении этих строительных материалов, относится к неорганическим вяжущим материалам воздушного твердения. Сырьем для получения магнезиального вяжущего являются магнезиты, бруситы и соли, полученные из морской воды и рассолов [2]. Свойства магнезиальных бетонов зависят как от свойств магнезиального вяжущего, так и от свойств жидкости затворения, а также от используемых добавок. Возможность получения достаточно прочного материала при затворении порошка каустического магнезита водой была отмечена еще в работах французского ученого Вика в 1837 году [3]. Однако такой материал имеет невысокую прочность на растяжение (не выше 10 – 12 кг/см2). Высокую прочность на растяжение материала на основе магнезиального вяжущего удалось получить в 1867 году французскому инженеру Сорелю, смешав порошок каустического магнезита с водным раствором хлорида магния. Этот материал стал называться «цемент Сореля». В настоящее время это название мало используется, так как относится не к вяжущему материалу, а к раствору, полученному в результате затворения порошка каустического магнезита водным раствором хлорида магния. Согласно современной номенклатуре – цемент – это порошкообразный материал до его смешивания с раствором.

Магнезиальные бетоны, в зависимости от вида заполнителя, подразделяются на ксилолиты (заполнитель – органические опилки),

91

фибролиты (заполнитель – длинноволокнистая органическая масса), кремнелиты (содержат кремниевую муку), асболиты (содержат асбест), пемзолиты (заполнитель – пемзовый порошок) и т.д. Применяемый для магнезиальных бетонов цемент должен содержать 75 – 87 % оксида магния. Удельный вес цемента – в пределах 3,1 – 3,4 г/см3. Начало схватывания цементного теста должно наступать не ранее чем через 20 мин после затворения, конец схватывания – не позднее чем через 6 часов. Магнезиальные бетоны нашли применение для изготовления полов в помещениях, требующих исключительной чистоты, в цехах с большими нагрузками, с интенсивным движением транспортных механизмов (тележек, электрокаров). Материалы на основе магнезиального вяжущего применяются в качестве облицовочного материала, для перегородок. Вспененные магнезиальные бе- тоныиспользуютдляизготовлениятепло-извукоизоляционныхматериалов.

Недостатками магнезиальных бетонов являются низкая стойкость к действию кислот и некоторых солей, коррозионная агрессивность по отношению к деталям из алюминия и стали, потеря прочности при длительном хранении в воде.

Вопросы, связанные с магнезиальными вяжущими и материалами на их основе, исследовали отечественные и зарубежные ученые: А.А. Байков, В.В. Шелягин, П.П. Будников, А.П. Ваганов, С.И. Килессо, Т.В. Кузнецова, В.И. Верещагин, Л.Я. Крамар и др.

Особый интерес для практического применения представляют строительные материалы на основе магнезиального вяжущего: ксилолит, плотный и ячеистый магнезиальные бетоны, пеномагнезит. Ксилолит, изготовленный с использованием в качестве заполнителя древесных опилок, применяется вместо дорогой деловой древесины для монолитных бесшовных полов и прессованных изделий. Он негорючий, имеет низкую теплопроводность, морозостоек, при сравнительно невысокой плотности имеет хорошую прочность и малую истираемость. Пеномагнезит представляет собой аналог неавтоклавного пенобетона на основе портландцемента, но по сравнению с ним при равной плотности имеет более высокую прочность. Прочность и плотность пеномагнезита могут регулироваться в широких пределах, что позволяет получать теплоизоляционные изделия плотностью до 500 кг/м3 с прочностью до 3,5 МПа, конструктивно-теплоизо- ляционные – плотностью 500 – 900 кг/м3 с прочностью 3,5 – 10 МПа, и конструкционные – плотностью до 1300 кг/м3 с прочностью до

25 МПа.

92