УДК 666.941.2.014: 546.273: (0.43.3)
Третьякова Н.С., Кузнецова Т. В.
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
Свойства магнезиальных вяжущих во многом определяются видом и количеством затворителя, а также различными добавками, вводимых в состав вяжущего.
Для исследования влияния плотности затворителя и водо-твердого отношения на прочность магнезиального вяжущего были подготовлены образцы из каустического магнезита, которые затворялись растворами бишофита (MgCl2) с плотностью от 1,14 до 1,3 г/см3 с шагом 0,04 г/см3. Водо-твердое отношение при затворении каустического магнезита колебалось в пределах 0,39-0,60. Первые сутки после затворения образцы твердели в воздушно-влажных условиях, а в последующие сроки (3-28 сут.) в воздушных условиях. В установленные сроки проводили физико-механические испытания, а также изучали структуру и фазовый состав образцов с помощью физико-химических методов анализа (дифференциального термического, рентгенофазового и электронного микроскопического).
Физико-механические испытания показали, что прочность магнезиальных вяжущих зависит как от водо-твердого отношения, так и от концентрации затворителя. Судя по суточным образцам, по мере повышения В/Т с 0,4 до 0,45-0,5 прочность образцов повышается. При дальнейшем увеличении В/Т происходит резкое снижение прочности, причем степень снижения тем больше, чем выше плотность раствора-затворителя. Для образцов в возрасте 3-28 сут. прочность очень сильно зависит от плотности затворителя, причем для образцов затворенных растворами с ρ = 1,14 – 1,22 г/см3 наблюдаются снижения прочности после 7 суток (для ρ = 1,14 г/см3) и после 3 суток для (ρ = 1,18 и 1,22 г/см3). Для образцов, затворенных концентрированными растворами (ρ = 1,26 и 1,3 г/см3) наблюдается периодичность в падении и росте прочности образцов.
Подобные колебания прочности магнезиальных вяжущих обусловлены фазовым составом и морфологией гидратных фаз, и, следовательно, структурой затвердевших образцов. Поскольку, при затворении магнезиальных вяжущих разбавленным раствором MgCl2 в больших количествах образуется Mg(OH)2, а при затворении концентрированными растворами образуются кристаллогидраты гидроксосолей магния составов 5MgO·MgCl2·15H2O и 3MgO·MgCl2·11H2O, поэтому образцы, затворенные концентрированными растворами подвержены большим структурным изменениям. По данным дифференциально-термического и рентгенофазового анализов, это обусловлено перекристаллизацией метастабильных кристаллогидратов 5MgO·MgCl2·15H2O в стабильные 3MgO·MgCl2·11H2O и потерей воды (так как твердение воздушное), приводящей к образованию оксосолей из гидроксосолей, и, следовательно, большим колебаниям спада и набора прочности.
Электронно-микроскопические исследования структуры образцов суточного возраста показали, что непрогидратировавшие зерна магнезита покрыты гидратными новообразованиями, находящимися во взаимном прорастании и заполняющими межзерновое и поровое пространство. Гидратные образования еще не имеют четко выраженной формы пластинок и столбчатых, иногда удлиненных кристаллов, причем последних наблюдается больше в образцах, затворенных концентрированными растворами (ρ = 1,26 и 1,3 г/см3). В последующие сроки 3-28 сут. кристаллогидраты приобретают более четкую морфологическую форму, они укрупняются, при этом структура образцов приобретает более «рыхлый» вид. Видимо, это вызвано тем, что пустоты от прогидратировавших зерен MgO не достаточно заполняются гидратными новообразованиями, что и вызывает снижение прочности. В дальнейшем эти пустоты заполняются более мелкими кристаллами Mg(OH)2, что приводит к росту прочности образцов.
Таким образом, установлено, что прочность образцов в значительной степени зависит от обоих факторов: как от плотности раствора-затворителя, так и от водо-твердого отношения при изготовлении образцов. Выявлено, что по мере повышения В/Т до определенной величины прочность образцов повышается, а дальнейшее повышение В/Т сопровождается снижением прочности магнезиального вяжущего. Оптимальные значения изученных факторов находятся в пределах: плотность раствора MgCl2 — 1,22–1,24 г/см3; В/Т — 0,40–0,5.
С целью снижения расхода и улучшения свойств вяжущего в производстве часто используют добавки-наполнители: строительный песок, бой кирпича, другие местные материалы. Свойства МВ с этими добавками не изучались. В связи с этим на данном этапе работы исследовались свойства композиционных магнезиальных вяжущих.
Для исследования были подготовлены образцы, в состав которых вводилось 5, 10, 15 и 20% кварцевого песка и боя кирпича (цемянки) с различной удельной поверхностью. Использовался исходный кварцевый песок с дисперсностью 900 см2/г, а также молотый песок с удельной поверхностью 2120 и 3270 см2/г. Применяли молотый кирпич с дисперсностью 1670, 2340 и 3210 см2/г.
Анализ данных показывает, что для песка характерно увеличение НГ с увеличением содержания и дисперсности добавки. Наилучшими прочностными характеристиками обладают образцы с дисперсностью кварцевого песка 3270 и 900 см2/г. Для этих образцов при всех концентрациях песка наблюдаются высокие значения прочности по сравнению с без добавочными образцами в возрасте 1, 3 и 28 сут. твердения. В возрасте 7 сут. наблюдается некоторый спад прочности.
При введении боя кирпича значительный набор прочности происходит в 7-28 сут. твердения для всех используемых удельных поверхностей и менее значительным приростом прочности в 1-3 сут.
При увеличении дисперсности добавки кирпича сроки схватывания укорачиваются, а водопотребность теста из магнезиального вяжущего увеличивается пропорционально увеличению количества добавки.
Введение в состав МВ инертных заполнителей оказывает диспергирующий эффект, обеспечивая лучший доступ жидкости затворения к частицам вяжущего; создает более равномерную структуру камня и, тем самым, существенно повышает прочностные показатели.
Для повышения водостойкости МВ изучались композиционные составы с добавкой глиноземистого цемента. Полученные данные свидетельствуют о том, что прочности образцов в начальные сроки твердения снижаются (по сравнению с контрольными), но в поздние сроки (7-28 сут.) гидратации достигают и превосходят значения контрольного состава.
Более значительное улучшение свойств МВ наблюдается при определении водостойкости. Коэффициент водостойкости возрастает в 1,5-1,7 раза с увеличением концентрации растворов.
