Исследование взаимодействия каустического магнезита с добавкой хризотил-асбеста

4/2011 ВЕСТНИК _7/202J_МГСУ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕИСТВИЯ КАУСТИЧЕСКОГО МАГНЕЗИТА С ДОБАВКОЙ ХРИЗОТИЛ-АСБЕСТА

RESEARCH OF THE INTERACTION OF THE CAUSTIC MAGNESITE WITH THE CHRYSOTILE-ASBESTOS ADDITIVE

Т.П. Никифорова, Ю.В. Устинова, B.B. Козлов, А.Е. Насонова

T.P. Nikiforova, Yu.V. Ustinova, V.V. Kozlov, A.E. Nasonova

ГОУ ВПО МГСУ

В статье приведены результаты исследования методом рентгенофазового анализа продуктов твердения материалов на основе каустического магнезита с добавкой хризотил-асбеста.

The article covers the results of the X-ray phase analysis research of the caustic magnesite maturing products with the chrysotile-asbestos additive.

Применение в производстве строительных материалов магнезиального вяжущего требует учета особенностей его гидратации и формирования структуры при твердении, обеспечивающих магнезиальному камню и изделиям на его основе необходимые свойства. Накоплены обширные данные, связывающие прочность и водостойкость получаемого магнезиального камня как с концентрацией раствора затворителя, так и с различными добавками [1].

Ранее [2] было исследовано влияние добавки отходов хризотил-асбеста, обработанного серной кислотой, на водостойкость получаемого цементного камня и были получены положительные результаты. Для дальнейшей оптимизации технологии изготовления вяжущего на основе отходов хризотил-асбеста и каустического магнезита необходимо детальное изучение процесса их взаимодействия.

В литературе [3] описано перетирание тонкоизмельченного серпентинита с концентрированной серной кислотой при нагревании до 40°С. При этом разложение маг-нийсодержащих отходов серпентинита или пылевидного некондиционного магнезита идет быстро, продолжительность разложения материала находится в интервале 0,3...0,5 час.

О необходимости механической активации серпентина говорится также в работе [4]. Это приводит к аморфизации кристаллических фаз и деструкции их кристаллических решеток, что способствует повышению их активности в процессе гидратационно-го твердения. Механическая активация серпентина вызывает структурные нарушения в октаэдрическом слое решетки с ослаблением и разрывом связи Mg - OH, нарушением связи Mg - O - Si. Механическая активация диопсида способствует разупорядочи-ванию кристаллической структуры с разрывом связей, Mg - O - Si. При этом тонкоиз-мельченные силикаты магния выполняют при твердении магнезиального вяжущего роль как микронаполнителя, способствующего повышению плотности и водостойкости образующегося камня, так и активного компонента, участвующего в образовании

прочной кристаллизационной структуры. При взаимодействии активированных силикатов магния с метастабильными гидроксохлоридами образуются смешанные гетеро-цепные полимеры с прочной силоксановой связью.

Для детального исследования механизма влияния хризотила-асбеста как модифицирующей добавки на прочность и водостойкость изделий на основе магнезиального вяжущего нами были изготовлены составы, содержащие 1% по массе хризотил-асбеста. При изготовлении образцов на первом этапе готовили взвесь хризотил-асбеста (модифицированного или немодифицированного) в насыщенном водном растворе хлорида магния (MgCl2). На втором этапе данной взвесью затворяли порошок каустического магнезита (ПМК-75 ГОСТ 1216-87).

Было проделано три серии опытов:

• Серия 1. В фарфоровой ступке были перетерты волокна хризотил-асбеста (ХА) с серной кислотой (Н2Б04) в соотношении 1:1 по массе. Данная смесь выдержана в течение недели.

• Серия 2. В фарфоровой ступке перетерты волокна хризотил-асбеста с серной кислотой (соотношение 1:1 по массе). Смесь выдержана в течение недели. Затем тщательно отмыта от растворимых компонентов (отсутствие растворимых сульфатов проверялось по помутнению барийной воды).

• Серия 3. Хризотил-асбест был перетерт в ступке и отмыт от возможных растворимых примесей.

• Серия 4. Контрольная. С этой целью был принят классический состав цемента Сореля [5] - каустический магнезит, затворенный насыщенным раствором шестивод-ного хлорида магния.

В таблице 1 приведены составы образцов указанных серий и результаты физико-механических испытаний.

Таблица 1

Составы и физико-механические свойства магнезиальных композиций

Серия Состав (в % от массы М§0) Предел прочности при сжатии, МПа Коэффициент размягчения

по истечении 14 суток в водонасыщен-ном состоянии

Серия 1 Mg0 - 100% ХА - 1% Н2Б04 - 1% MgCl2 - 25% 28,0 15,5 0,55

Серия 2 Mg0 - 100% ХА - 1% Н2Б04 - 1% MgCl2 - 25% Хризотил-асбест отмыт от примесей серной кислоты 32,5 20,15 0,62

Серия 3 Mg0 - 100% ХА - 1% MgCl2 - 25% 25,0 21,0 0,60

Серия 4 (контроль) Mg0 - 100% MgCl2 - 25% 30,5 14,5 0,47

4/2011

ВЕСТНИК _МГСУ

Продукты гидратации магнезиальных композиций указанных выше серий исследовались с помощью рентгенофазового анализа на дифрактометре марки Thermo Scientific модели ARL X'TRA фирмы Thermo Electron SA; скорость сканирования -0,04 град/с. Рентгенограммы образцов исследованных серий приведены на рисунках 14. Результаты рентгенофазового анализа показали, что введение обработанного серной кислотой хризотил-асбеста влияет на механизм образования искусственного камня.

В образце сравнения (рис. 1) наблюдаются заметные рефлексы магнезита (карбоната магния) при 2.751, 2.11, 1.699, 1.491 А. Это свидетельствует о том, что образование искусственного камня проходило во многом под действием углекислого газа воздуха. Рентгенофазовое исследование исходного порошка каустического магнезита не выявило присутствия заметных количеств карбоната магния. Таким образом, магнезит не мог изначально присутствовать в исходном сырье и затем разложиться под действием серной кислоты.

Заметное содержание карбоната магния объясняет низкую водостойкость изделий из магнезиального цемента, т.к. карбонат магния во влажной среде подвержен углеки-слотной коррозии по уравнению:

MgCQ3 +С02+Н20 ^ Mg(HCQ3)2_

Sample ID: Hasonova, Sample name: ohrl. Temp: 25.0°C Date: 08/31/10 12:51 Step : O.04 0= Integration Time: 0.960 i 5000 Ran(Je: 4.000 - 80.000° font. Scan Rate: 2.500 ["/min]

Vert. Scale Unit: [CPS] Horz. Scale Unit: [(leg]

Рисунок 1. Рентгенограмма образца сравнения

В образце, с добавкой модифицированного серной кислотой хризотил-асбеста (серия 1) видны пики, характерные как для самого хризотил-асбеста (Mgз(OH)4•Si2O5) - 7.36, 3.668, 1.577, 4.615 А, так и для ализардита Mg3Si2O5 - 7.40, 2.51, 4.60 А, который содержится в хризотил-асбесте в качестве примеси (рис. 2). На данной рентгенограмме также присутствуют пики, характерные для сульфата гидроксомагния, непро-реагировавшего каустического магнезита и гидроксида магния.

Рентгенограммы образцов серий 2 и 3 идентичны, и в то же время отличны от рентгенограммы контрольного образца и образца серии 1. Это говорит о том, что хризотил-асбест является не только наполнителем, а также участвует в процессе структу-рообразования искусственного камня, являясь подложкой. Обработка серной кислотой не изменяет свойств активной поверхности волокон хризотил-асбеста. Между тем, по литературным данным [6], понижение рН раствора затворения и наличие в нем растворимых сульфатов приводит к улучшению механических свойств образующегося искусственного камня.

Bate: 00/31/10 13:22 Step : 0.040° Integration Time: 0.950 sec Vert. Scale Unit: [CPS]

Рисунок 2. Рентгенограмма образца с добавкой модифицированного серной кислотой хризотил-асбеста

Рисунок 3. Рентгенограмма образца серии 3

Рисунок 4. Рентгенограмма образца серии 2

4/2011 ВЕСТНИК _4/2011_МГСУ

Результаты физико-механических испытаний образцов указанных выше серий показали, что введение в магнезиальное вяжущее хризотил-асбеста, обработанного, либо химически, либо механически, повышает прочность и водостойкость магнезиальных вяжущих.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Методом рентгенофазового анализа изучены продукты твердения плитных материалов на основе каустического магнезита с хризотил-асбестом.

2. Показано, что хризотил-асбест является не только механическим наполнителем, но и активным компонентом, влияющим на состав и свойства образующегося цементного камня.

Литература

1. Крамар Л.Я., Черных Т.Н., Трофимов Б.Я.. Особенности твердения магнезиального вяжущего // Цемент и его применение. - 2006. - №5. - с. 58-61.

2. Устинова Ю.В., Насонова А.Е., Козлов В.В. Повышение водостойкости магнезиальных вяжущих // Вестник МГСУ. - 2010. - № 4. - т. 3. - с. 123-127.

3. Способ получения силикокизеритового вяжущего: пат. 2375323 Рос. Федерация: МПК C04B9/02 (2006.01); патентообладатель Закрытое Акционерное общество «Техно-ТМ».

4. Зырянова В.А. Водостойкие композиционные магнезиальные вяжущие вещества на основе природного и техногенного сырья// Автореферат диссертации на соискание степени доктора технических наук. - Новосибирск. - 2010.

5. Sorel S. Improved composition to be used as a Cement and as a Plastic Material for Molding Various Articles. //United States Patent Office. Patent 53/092, 6 March, 1866. Of Paris, France.

6. Зимич B.B. Эффективные магнезиальные вяжущие строительного назначения// Автореферат диссертации на соискание степени кандидата технических наук. - Челябинск. - 2010.

Literature

1. Kramar L.Ya., Chernyh T.N., Trofimov B.Ya.. Osobennosti tverdeniya magnezial'nogo vya-juschego // Cement i ego primenenie. - 2006. - №5. - s. 58-61.

2. Ustinova Yu.V., Nasonova A.E., Kozlov V.V. Povyshenie vodostoikosti magnezial'nyh vya-juschih // Vestnik MGSU. - 2010. - № 4. - t. 3. - s. 123-127.

3. Sposob polucheniya silikokizeritovogo vyazhuschego: Patent 2375323 RF: MPK C04B9/02 (2006.01); patentoobladatel ZAO "Techno-TM".

4. Zyryanova V.A. Vodostoikie kompozicionnye magnezial'nye vyajuschie veschestva na os-nove prirodnogo i tehnogennogo syr'ya// Avtoreferat dissertacii na soiskanie stepeni doktora tehni-cheskih nauk. - Novosibirsk. - 2010.

5. Sorel S. Improved composition to be used as a Cement and as a Plastic Material for Molding Various Articles. //United States Patent Office. Patent 53/092, 6 March, 1866. Of Paris, France.

6. Zimich V.V. Effektivnye magnezial'nye vyajuschie stroitel'nogo naznacheniya// Avtoreferat dissertacii na soiskanie stepeni kandidata tehnicheskih nauk. - Chelyabinsk. - 2010.

Ключевые слова: магнезиальное, вяжущее, материал, водостойкость, водопоглощение, прочность, хризотил-асбест, добавка, рентгенофазовый, анализ.

Ключевые слова: magnesium, binding, material, water resistance, water absorption, strength, chrysotile-asbestos, additive, X-ray phase, analysis.

129337, Москва, Ярославское шоссе, 26, ГОУВПО МГСУ, кафедра общей химии

тел.: 8(499)183-32-92, e-mail: UstinovaUV@mgsu.ru

Рецензент: Л.И. Сычева, канд. техн. наук, профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов РХТУ им. Д.И. Менделеева