Комплексно модифицированное магнезиальное вяжущее и бетоны на его основе

В настоящее время одной из основных задач существующих в строительной отрасли является разработка и внедрение в производство долговечных строительных материалов с высокими эксплуатационными характеристиками и специальными свойствами. Проблема исчерпаемости природных ресурсов и существующий дефицит вяжущих ставит на первый план вопрос применения побочных продуктов промышленных производств. При этом получаемые изделия должны соответствовать экологическим параметрам и быть экономически эффективными. Поэтому использование магнезиальных вяжущих, позволяющих получать изделия с уникальными для строительных материалов свойствами, приобретает актуальность и востребованность в современных условиях. К основным достоинствам изделий из магнезиальных вяжущих веществ следует отнести их высокие эксплуатационные, технологические, экологические и декоративные свойства.

На российском рынке магнезиальные вяжущие представлены в основном одним продуктом — порошком магнезитовым каустическим марки ПМК-75, выпускаемом ОАО «Комбинат Магнезит» г. Сатка (Челябинская область). Специфической его особенностью является то, что оно не производится специально как вяжущее строительного назначения, а представляет собой побочный продукт огнеупорного производства периклаза — пыль с электрофильтров печей обжига магнезита. По сути, данный продукт является отходом, в связи с чем свойства его не отличаются высокой стабильностью и качеством. Основными проблемами при использовании магнезиальных вяжущих являются низкая водостойкость и непредсказуемая склонность к растрескиванию получаемых материалов при эксплуатации. Поэтому магнезиальное вяжущее, имеющее более чем столетнюю историю, в настоящее время широкое применение не получило.

Большинство исследовательских работ, посвященных магнезиальному вяжущему и материалам на его основе, направлено было на решение указанных проблем, что подтверждает актуальность рассмотрения данной тематики. Основными способами ликвидации данных недостатков магнезиального вяжущего они видят в разработке определенных режимов производства данного вяжущего с целью получения стабильного, предсказуемого продукта, а также в его модифицировании. Имеющиеся теоретические и практические сведения позволяют говорить о необходимости более глубокого комплексного подхода к вопросу использования магнезиального вяжущего.

Целыо диссертационной работы является разработка водостойкого, не склонного к растрескиванию при твердении магнезиального вяжущего на основе побочного продукта ОАО «Комбинат Магнезит» ПМК-75.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Выявить причины низкой водостойкости магнезиального камня.

2. Разработать способ модифицирования магнезиального вяжущего с целыо повышения водостойкости.

3. Исследовать влияние модификаторов на фазовый состав и структуру магнезиального камня и определить их взаимосвязь с водостойкостью.

4. Изучить причины растрескивания изделий на основе применяемого магнезиального вяжущего.

5. Установить влияние модифицирования затворителя для ПМК-75 на склонность вяжущего к растрескиванию и оценить взаимосвязь между формирующейся структурой искусственного камня и его стабильностью.

6. Исследовать свойства бетонов на основе полученного водостойкого и не склонного к растрескиванию магнезиального вяжущего.

Научная новизна диссертации:

1. Предложен комплексный подход к вопросу модифицирования как каустического магнезита марки ПМК-75, так и затворителя — водного раствоpa хлорида магния, обеспечивающий создание водостойкой, стабильной структуры магнезиального камня с демпфирующим компонентом.

2. Сформулирован принцип получения водостойкого магнезиального камня, заключающийся в модифицировании магнезиального вяжущего комплексом тонкодисперсных минеральных добавок и использовании затворите-ля с плотностью 1,24 г/см3, с целью формирования структуры из оксигидро-хлоридов и гидросиликатов магния.

3. Разработан способ активации пережога оксида магния в магнезиальном вяжущем введением хлоридов с активными катионами Na+ и К+ в затво-ритель плотности 1,24 г/см, основанный на гидратации пережога в ранние сроки твердения и создании слабозакристаллизованного структурного компонента магнезиального камня стойкого к растрескиванию.

4. Установлен характер фазовых превращений и особенности структу-рообразования при твердении композиции на основе модифицированного магнезиального вяжущегопоказано, что в течение первых 7 суток добавки хлоридов натрия и калия ускоряют гидратацию пережога MgO и сдерживают кристаллизацию гидратных образований, при этом снижается содержание Mg (OH)2, повышающего гигроскопичность, деформации и склонность к растрескиванию магнезиального камня.

5. На модифицированном магнезиальном вяжущем определена технология тяжелых бетонов разного назначения с повышенной прочностью, водостойкостью и низкой истираемостью.

Практическая значимость работы заключается в обосновании способов модифицирования как каустического магнезита, так и применяемого затворителя.

Показано, что из побочного продукта производства огнеупоров путем модифицирования получается водостойкий магнезиальный камень не склонный к растрескиванию.

Получен патент № 2 238 251 «Композиция на основе магнезиального вяжущего» и положительное решение по заявке № 2 005 123 934/03 (2 694) «Композиция на основе магнезиального вяжущего».

Составлены технические условия на разработанное модифицированное магнезиальное вяжущее.

Получены бетоны на модифицированном магнезиальном вяжущем, отличающиеся высокими технологическими и физико-механическими свойствами.

Автор защищает:

1. Способ модифицирования магнезиального вяжущего комплексом тонкодисперсных минеральных добавок, что обеспечивает получение водостойкого магнезиального камня.

2. Композицию на основе водостойкого магнезиального вяжущего и модифицированного комплексом хлоридных добавок-активаторов затворите-ля, позволяющую получать водостойкий, не склонный к растрескиванию магнезиальный камень.

3. Установленные закономерности физико-химических процессов твердения, структурообразования и формирования свойств модифицированного магнезиального вяжущего.

4. Магнезиальные бетоны с повышенными эксплуатационными характеристиками на основе модифицированного комплекса «магнезиальное вяжущеезатворитель».

Виедрсние результатов.

По разработанной технологии бетона на модифицированном магнезиальном вяжущем выполнено бетонирование 200 м промышленного декоративного пола «Магбет» выставочно-торгового комплекса в г. Снегири Московской области, а также осуществлен комплекс отделочных работ в ОДЦ «Робинзон» УСК ЮУрГУ в г. Челябинске на площади 300 м².

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава ЮУрГУ с 2002 по 2006 г. г., на международных конференциях в г. Пенза в 2003 г., Новосибирске в 2002 — 2004 гг., Ростов-на-Дону в 2005 г., Белгороде в 2005 г., Уфе в 2006 г., Екатеринбурге в 2006 г.

Публикации: основное содержание работы опубликовано в 10 работах и 2 патентах.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и приложенийсодержит 144 страниц машинописного текста, 15 таблиц, 41 рисунка, списка использованной литературы из 103 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Разработано водостойкое, не склонное к растрескиванию магнезиальное вяжущее модифицированием ПМК-75 комплексом тонкодисперсных минеральных добавок и затворителя комплексом хлоридных добавок с активными катионами Na+ и К+ при использовании затворителя с плотностью 1,24 г/см3.

2. Выявлено, что причиной низкой водостойкости магнезиального вяжущего является фазовый состав, формирующегося при твердении магнезиального камня, состоящий при использовании плотностей затворителя менее 1,20 г/см3 преимущественно из гидроксида магния, разуплотняющего структуру камня и повышающего его гигроскопичность.

3. Установлено, что для повышения водостойкости магнезиального вяжущего наиболее перспективным является его модифицирование тонкодисперсными минеральными добавками вследствие направленного формирования в структуре дополнительно к оксигидрохлоридам магния водостойких гидросиликатов магния: сепиолита, антигорита и талька, а также снижения количества образующегося гидроксида магния повышением плотности за-творителя до 1,24 г/см .

4. Показано, что введение в состав магнезиального вяжущего модифицирующих добавок позволяет получить водостойкий магнезиальный камень с коэффициентом размягчения 0,82. Это достигается при следующих оптимальных количествах добавок: активная минеральная добавка (микрокремнезем) — 7.12%, добавка-крент (тальк) — 4.8%. При этом для получения водостойкого магнезиального камня на модифицированном вяжущем необходимо использовать затворитель с плотностью не менее 1,24 г/см .

5. Выявлено, что растрескивание уже сформировавшегося магнезиального камня происходит вследствие поздней гидратации, присутствующего в исходном ПМК-75 пережога MgO, или преобладания в структуре камня фазы Mg (OH)2 при использовании затворителя с плотностью менее 1,20 г/см, которая способствует повышению гигроскопичности камня и значительным его усадкам при высыхании.

6. Показано, что для снижения склонности к растрескиванию магнезиального камня, содержащего значительное количество пережога MgO, необходимо использовать затворитель с добавками-активаторами гидратации. В качестве активаторов предложены хлоридные добавки с активными катионами Na+ и К+.

7. Установлено, что добавки NaCl и КС1 активируют гидратацию пережога MgO в ранние сроки твердения, формируют слабозакристаллизованную структуру магнезиального камня, способную релаксировать внутренние напряжения, возникающие вследствие продолжающихся гидратационных процессов.

8. Выявлено, что для получения водостойкого магнезиального камня не склонного к растрескиванию добавки NaCl и КС1 необходимо вводить в комплексе в пределах 4.6% каждой, при их суммарной дозировке, не превышающей 10% от массы бишофита. При этом рекомендуется применять затворитель — модифицированный водный раствор хлорида магния — с плотностью не менее 1,24 г/см3.

9. На основании проведенных исследований разработано модифицированное магнезиальное вяжущее, позволяющее получать водостойкий и не склонный к растрескиванию магнезиальный камень, характеризующийся прочностью при сжатии в марочном возрасте в пределах 60.70 МПа, водостойкостью с КРазм= 0,80.0,82 и относительной линейной усадкой 0,6%.

10. На полученном модифицированном магнезиальном вяжущем разработаны бетоны с прочностью при сжатии 40, 50 и 60 МПа, имеющие следующие характеристики: коэффициент размягчения Кразм = 0,80.0,84, морол зостойкость F150. F200, истираемость не более 0,1 г/см на бетонной смеси с подвижностью (ОК) 2−4.20−22 см.

11. Разработанные способы повышения водостойкости и стойкости к растрескиванию магнезиального вяжущего модифицированием комплексом тонкодисперсных минеральных добавок и введением в затворитель комплекса из хлоридных добавок защищены патентами.