Повышение водостойкости магнезиальных вяжущих

ПОВЫШЕНИЕ ВОДОСТОЙКОСТИ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ

ВЯЖУЩИХ

IMPROVEMENT OF THE MAGNESIUM BINDING MATERIALS

WATER RESISTANCE

Ю.В. Устинова, A.E. Насонова, B.B. Козлов

Y.V. Ustinova, A.E. Nasonova, V.V. Kozlov

ГОУ ВПО МГСУ

В статье приведены результаты исследования физико-механических свойств материалов на основе магнезиального вяжущего, модифицированного различными добавками.

The article covers the research results of the physical and mechanical properties of the magnesium binding materials, modified with various additions.

На кафедре общей химии МГСУ разработана технология получения плитных материалов на основе каустического магнезита, который предназначался для внутренней отделки помещений. Также разработаны оптимальные составы на основе магнезиальных вяжущих для этих материалов [1].

У магнезиальных вяжущих есть ряд бесспорных преимуществ: способность вяжущего связываться практически с любым наполнителем (до 100% от массы вяжущего), высокая прочность, быстрый набор прочности, малая усадка и т.д. [2].

Одним из перспективных направлений развития технологии производства магнезиальных вяжущих является расширение областей его применения, что может внести свой вклад в процесс повышения энергоэффективности строительной отрасли. По сравнению, например, с портландцементом, каустический магнезит менее энергоемкий. Температура производства клинкера портландцемента составляет 1450 °С, а температура обжига магнезита для его превращения в каустический магнезит - 700-800оС, к тому же большая часть производимого в России каустического магнезита является отходом производства металлического магния. Однако широкому распространению материалов на основе магнезиального вяжущего препятствует низкая водостойкость изделий на его основе.

Известно, что весьма эффективным способом повышения коррозионной стойкости цементных композиций является введение полимерных добавок, т.к. кольматация порового пространства полимерной добавкой позволяет снизить скорость деструкции материала за счет изменения механизма деградации с гомогенного на гетерогенный [3]. Поэтому на первом этапе работы было изучено влияние данных добавок на водостойкость образцов на основе магнезиального вяжущего. Были исследованы сложные эфиры целлюлозы (натриевые соли), поливинилацетатная эмульсия, редиспергируе-мый порошок на основе сополимера винилацетата и винилверсатата. Составы магнезиальных вяжущих приведены в таблице 1.

ВЕСТНИК 4/2010

Наилучшие показатели в плане снижения водопоглощения отмечаются для образцов на основе магнезиального вяжущего с добавкой УшауИ WW 102 (редиспергируе-мый порошок на основе сополимеров винилацетата и винилверсатата). Результаты исследований представлены в таблице 2.

Таблица 1

_Составы магнезиальных вяжущих_

Компоненты составов образ- Составы

цов* 1 2 3 4 5 6

МяО, % 100 100 100 100 100 100

МйСЬ-б^О, % 170 135 170 170 170 170

Свободная Н2О,% 97 83 96 97 97 97

Перлитовый песок, % 80 80 80 80 80 80

Н3РО4, % 10 10 10 10 10 -

УшауИ, % 1 1,6 3,3 5 - -

*Примечание: Все компоненты даны в процентах от массы каустического

магнезита.

Водопоглощение образцов определяли в соответствии с ГОСТ 12730.0 по массе. Образцы выдерживали в воде до достижения ими постоянной массы. Образцы составов №6 после выдерживания в воде в течение 7 суток высушивали до постоянной массы и измеряли их прочность. Прочность составов оценивали по пределу прочности при сжатии. Водостойкость образцов оценивали по величине коэффициента размягчения. Если Кр<0,8, то такой материал является неводостойким. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2

Гидрофизические свойства магнезиальных вяжущих_

Номера составов Водопоглощение, %, через Предел прочности Коэффициент размягчения

1 час 3 часа 4,5 часа 5 сут. 7 сут. к« МПа к« МПа

1 6,4 8,8 9,5 8,8 8,7 5,9 3,9 0,66

2 11,9 13,9 14,0 12,9 12,9 4,3 3,0 0,70

3 6,3 8,5 8,9 8,7 8,7 5,3 3,5 0,66

4 7,5 10,2 11,0 11,6 11,6 6,3 3,6 0,57

5 6,4 9,4 9,0 6,0 6,0 6,5 5,8 0,89

6 17,6 21,2 21,2 20,6 20,6 9,8 5,9 0,60

Прочность образцов, находившихся в воде в течение 7 дней и высушенных после этого до постоянной массы, была равна прочности сухих образцов.

Данные, представленные в таблице 2, показывают, что, водопоглощение материалов на основе каустического магнезита коррелирует с содержанием модифицирующей добавки, однако значительного повышения коэффициента водостойкости при введении полимерной добавки не наблюдается.

Как видно из таблицы 2, оптимальным количеством редиспергируемого полимерного порошка УшауИ является не более 1% от массы вяжущего. Дальнейшее увеличение содержания добавки не приводит к значительному улучшению гидрофизических свойств образцов на основе магнезиального вяжущего.

При сравнении образцов с добавками и контрольных образцов следует отметить отсутствие заметного повышения прочностных свойств материала. Однако прочностные характеристики высушенного материала на основе магнезиального вяжущего с полимерной добавкой, после контакта с водой, восстанавливаются.

На следующем этапе работы было предложено заменить жидкую фосфорную кислоту, используемую в производстве магнезиальных вяжущих на твердую (порошкообразную) щавелевую кислоту, взятую в эквимольных количествах по отношению к фосфорной кислоте. Результаты испытаний представлены в таблице 3.

Таблица 3

Свойства магнезиальных вяжущих с добавками фосфорной _и щавелевой кислоты

Показатели Добавка

Н3РО4 С2О4Н2

Прочность сухого материала Я., МПа 6,5 6,9

Прочность материала после выдерживания в воде, Кв, МПа 5,8 5,6

Водостойкость 0,9 0,8

Из таблицы 3 видно, что замена фосфорной кислоты на более технологичную и дешевую щавелевую позволяет сохранить прочностные свойства образцов на основе магнезиального вяжущего на том же уровне.

С целью расширения сырьевой базы и улучшения экологии за счет использования отходов промышленности, снижения энергозатрат, повышение выхода целевого продукта, повышение прочности и водостойкости строительных изделий на основе магнезиального вяжущего, а также на основе изученных литературных данных [4], было предложено ввести в состав магнезиального вяжущего хризотил-асбест, модифицированный серной кислотой. В ходе исследований был подобран оптимальный состав данной композиции с показателями: прочность на сжатие - 30 МПа, коэффициент водостойкости 0,9. В настоящее время изучаются химические механизмы взаимодействия.

Результаты проведенного рентгенофазового анализа образца сравнения и полученного искусственного камня на основе магнезиального вяжущего и хризотил-асбеста, модифицированного серной кислотой представлены на рис. 1 и рис. 2 соответственно. В качестве образца сравнения был взят каустический магнезит, затворенный раствором хлорида магния.

Как видно из рис. 1 и 2, введение модифицированного серной кислотой хризотил-асбеста меняет механизм образования искусственного камня на основе магнезиального вяжущего.

На рентгенограмме, представленной на рис. 1, наблюдаются заметные полосы магнезита MgCOз (2.751 А, 2.11 А, 1.699 А, 1.466 А). На основании интенсивности сигнала можно сделать вывод, что его в образце присутствует 27-28%. Предположительно, магнезит мог присутствовать изначально в исходном сырье, либо образоваться в результате карбонизации под действием углекислого газа воздуха непрореагировав-шего каустического магнезита по реакции:

MgO +СО2 ^ MgCOз

ВЕСТНИК 4/2010

Рис. 1. Рентгенограмма камня на основе каустического магнезита, затворенного

раствором хлорида магния

«'Р "I *----- •*—---Мм г» ([

Рис. 2. Рентгенограмма камня на основе каустического магнезита с добавкой модифицированного хризотил-асбеста

Магнезит существенно снижает водостойкость искусственного камня на основе магнезиального вяжущего, т.к. в присутствии влаги и избытка СО2 протекает реакция образования растворимого в воде гидрокарбоната магния:

МяСО3 + Н2О +СО2 ^ Мя(НСО3)2 На рентгенограмме, представленной на рис. 2, пики, характерные для магнезита сглаживаются. Эта фракция присутствует в образцах в следовых количествах. Предположительно, существенное уменьшение магнезита в искусственном камне связано с

изменением механизма твердения, либо с разрушением содержащегося в исходном сырье магнезита под действием вводимой активной добавки, на основе хризотил-асбеста, модифицированного серной кислотой.

На основании полученный данных можно сделать вывод, что добавление хризотил-асбеста, активированного серной кислотой существенно влияет на водостойкость получаемого искусственного камня, в том числе за счет снижения уровня магнезита.

Литература

1. Сидоров В.И., Малявский Н.И., Никифорова Т.П., Устинова Ю.В. и др. Химические основы технологии производства плиточных материалов с использованием каустического магнезита // Технологии бетонов. 2008. № 2. с 46-49.

2. Войтович В. Спирин Г. Полы на основе магнезиальных вяжущих веществ // Строительные материалы. 2003. №9. с. 8-9.

3. Доможилова Ю.В. Разработка композиций для каркасных полов с целью обеспечения экологической безопасности предприятий молочной промышленности: Дисс. на соиск. учен. степени канд. техн. наук. - М.: МГСУ, 2006. - 169 с.

4. Патент РФ № 2375323.

The literature

1. Sidorov V.I., Malyavsky N.I., Nikiforova T.P., Ustinova Y.V. and others. Chemical foundations of the plate materials production technology with the application of the caustic magnesite. // Technologii betonov. - 2008 - № 2.

2. Voitovich V., Spirin G. Floors based on the magnesium binding materials // Stroitelniye ma-terialy. - 2003. - №9. - c. 8-9.

3. Domozhilova Y.V. Frame floor compositions development aimed for the ecological safety of the milk industry factories: Candidate's Thesis. - Moscow: MSUCE, 2006. - 169 p.

4. Patent of the Russian Federation № 2375323.

Ключевые слова: магнезиальные вяжущие, водостойкость, водопоглощение, прочность, фосфорная кислота, щавелевая кислота, хризотил-асбест, рентгеноструктурный анализ.

Key words: magnesium binding materials, water resistance, water absorption, strength, phosphoric acid, oxalic acid, serpentine, X-ray crystal analysis.

e-mail: ustinova.ju@gmail.com

Рецензент: Воронин B.B., доктор технических наук, профессор кафедры «Технология вяжущих веществ и бетонов» ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета