Яковлев Г.И., Плеханова Т.А., Лопаткин И.Г., Керене Я. - Магнезиальное вяжущее, модифицированное

магнезиальное вяжущее, модифицированное

сульфатными добавками

Яковлев Г.И., доктор техн. наук, проф., Плеханова Т.А., канд. техн. наук, доц., Лопаткин И.Г., аспирант, (Ижевский государственный технический университет); Керене Я., доктор-инженер, проф., (Вильнюсский технический университет им. Гедиминаса)

http://www.jdpsmt.ru/docs/18/18.php

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 [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.

Р ис. 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.

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

К ак видно из рис. 2 оптимальные прочностные характеристики 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 80 % соответственно для композиций полученных с использованием фторангидрита и природного ангидрита.

Рис. 3. Деформации магнезиальных вяжущих: (а) – без добавок, (б) – модифицированных фторангидритом, (в) - модифицированных комплексной добавкой

Наряду с изменением прочности модифицированное магнезиальное вяжущее имеет пониженную склонность к усадочным деформациям, возникающим в процессе твердения композиций. Так, в начальные сроки твердения расширение при твердении у модифицированного вяжущего ниже в два раза, а максимальное расширение, наступающее через 3 суток в четыре раза ниже (рис. 3) в сравнении с контрольным образцом.

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

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

Вид магнезиального вяжущего	Сравнительные физико-технические характеристики
	сроки схватывания (начало/ конец), мин	нормальная густота, %	прочность на сжатие, МПа	Кразм	усадочные деформации, мм/м
Существующий аналог (каустический магнезит марки ПМК -75)	35/65	43,3	18	0,71	1,629
Магнезиальное вяжущее, модифицированное ангидритом	27/45	41,6	25,2	0,76	0,882
Магнезиальное вяжущее, модифицированное комплексной добавкой (20 % ангидрита, 1 % карфосидерита)	39/60	42,1	51,4	0,92	0,411

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_a = 7,56 Å) в 4,5 раза и существенное возрастание интенсивности карбонизированных оксихлоридов магния Mg₄Cl₂(OH)₂(CO₃)·6H₂O (d_a = 11,5 Å) (рис. 4). Отражения, соответствующие оксиду магния Mg(OH₂) (d_a = 4,77; 2,37 Å) 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].

Р ис. 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. 5а). 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. 5б).

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. 5в).

а) б) в)

Рис. 5. Микроструктура магнезиального вяжущего: (а) - без модифицирующей добавки (х8000), (б) – формирование уплотняющих новообразований на основе CaSO4·2H2O при введении модифици-рующей 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.

Литература.

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. Grenzflächenuntersuchungen 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.

Контактная информация:

тел.: (3412) 59-33-07 (раб); 52-72-53 (дом.); 89226868401 (моб.)

адрес: 426003, Ижевск, ул. К. Маркса, 124-194

e-mail: jakowlew@udm.net

WWW: -