// //
Дом arrow Статьи arrow Статьи arrow Влияние степени закристаллизованности периклаза на свойства магнезиального вяжущего
Влияние степени закристаллизованности периклаза на свойства магнезиального вяжущего

ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ ЗАКРИСТАЛЛИЗОВАННОСТИ ПЕРИКЛАЗА НА СВОЙСТВА МАГНЕЗИАЛЬНОГО ВЯЖУЩЕГО

Т.Н. Черных инж., Л.Я. Крамар к.т.н., доц., Б.Я. Трофимов д.т.н.. проф., А.В. Шаповал, инж. (Южно-Уральский государственный университет)

http://stroymatexpert.ru/@D=32.html



Изучением процессов обжига магнезиальных пород с целью получения магнезиального вяжущего занимались многие ученые. Работы исследователей в этой области связаны в основном с обжигом магнезитовых пород. В частности Белянкиным Д.С. /1/ показано, что при нагревании до 700…800оС магнезит теряет углекислоту и превращается в магнезию (MgO), которая, находясь первоначально в слабозакристаллизованном состоянии – альфа- MgO, известна под названием жженной магнезии или каустического магнезита. При дальнейшем нагревании в комплексе молекул MgO происходит преобразование, и магнезия постепенно кристаллизуется переходя в бетта-MgO – периклаз. Форма альфа-MgO растворима в воде, форма бетта-MgO практически нерастворима и чрезвычайно устойчива к действию воды. Общие положения, касающиеся разновидностей образующейся при разных температурах магнезии, предложенные исследователями при изучении процессов обжига магнезита, применимы и к другим высокомагнезиальным породам с учетом их минералогических особенностей.
Температура и длительность обжига оказывают большое влияние на состав и свойства получаемого вяжущего. При низких температурах и недостаточном времени обжига в продуктах обжига остаются неразложившиеся минералы, а вяжущее в основном содержит слабозакристаллизованный MgO, а при повышенных температуре и времени обжига формируется пережог. В обоих случаях происходит ухудшение качества вяжущих. В первом случае вяжущее отличается высокой склонностью к трещинообразованию уже в первые несколько суток после затвердевания. Образование трещин в материале приводит в свою очередь к существенным сбросам прочности магнезиального камня и ухудшению всех характеристик материала /2/.
Во втором случае отрицательную роль играет пережог оксида магния – материал, инертный в начальные сроки твердения, но реагирующий с водой в сформировавшемся магнезиальном камне в более поздние сроки твердения с увеличением объема, что вызывает напряжения в структуре материала и, как следствие, образование трещин /3,4/.
Следовательно, активность основной составляющей магнезиального вяжущего – магнезии (периклаза) играет решающую роль в формировании его свойств магнезиального камня и особенно его склонности к растрескиванию при твердении. Белянкин С.Д. и др. исследователи /1, 5/ установили, что активность магнезии зависит от степени ее закристаллизованности, характеризуемой величиной кристаллов образующегося периклаза. Таким образом, степень закристаллизованности магнезии является основной характеристикой активности и склонности формирующегося камня при твердении к растрескиванию магнезиальных вяжущих.
Целью настоящей работы было изучение взаимосвязи температуры и времени обжига бруситовой породы с размерами получаемых кристаллов периклаза, а также определение влияния степени закристаллизованности вяжущего на процессы твердения и склонность формирующегося камня к растрескиванию.
Для выявления степени закристаллизованности периклаза проводили определение среднего размера кристаллов минерала с помощью рентгеноструктурного анализа.
Склонность вяжущих к трещинообразованию определяли на образцах-лепешках из магнезиального теста нормальной густоты, определенной на вискозиметре Суттарда по гипсовой методике. В качестве исходной породы использовали бруситовую породу Кульдурского месторождения третьего сорта, отличающуюся высоким содержанием примесей серпентиноподобных минералов.
Размер кристаллов MgO определяли в вяжущих, полученных в интервале температур 500…1200оС, время обжига было фиксировано и составляло 2 часа, бруситовый щебень (смесь фракций 5…40 мм) обжигали в лабораторной камерой печи ПКЛ-1,2. После обжига и остывания материал размалывали в вибромельнице и после дополнительного усреднения отбирали пробы.
В процессе исследования выявлена зависимость между температурой обжига и размером кристаллов периклаза, полученные данные сведены в таблицу 1, а вид этой зависимости представлен на рисунке 1.
Таблица 1. ¬– Размеры кристаллов MgO при изменении температуры обжига (количество повторов опыта – 3, коэффициент вариации – 4,2…6,6)
влияние степени закристаллизованности периклаза на свойства магнезиального вяжущего
влияние степени закристаллизованности периклаза на свойства магнезиального вяжущего
Рисунок 1 – Изменение величины размеров кристаллов MgO при изменении температуры обжига

Из рисунка 1 видно, что изменение размера кристаллов периклаза в процессе обжига происходит неравномерно, до температуры около 1000оС скорость роста кристаллов невысока и составляет в среднем 0,012…0,013 нм/град, а дальнейшее повышение температуры приводит к активной кристаллизации оксида магния, скорость роста кристаллов повышается в 4-5 раз и составляет 0,056…0,061 нм/град. Такой характер изменения скорости кристаллизации MgO можно объяснить окончанием процесса разложения исходных примесных минералов в породе при температурах свыше 1000оС и создания благоприятной среды для кристаллизации периклаза.
Из таблицы 1 видно, что получение вяжущих, не склонных к растрескиванию, возможно только при температурах близких к 1100оС, то есть при некоторых средних размерах кристаллов периклаза 38…45 нм. В остальных случаях получаются вяжущие, образующие трещины в процессе твердения.
В магнезиальном камне из вяжущего высокой активности, полученного при низких температурах обжига, трещины образуются в самом начале твердения. Обычно они имеют вид сплошной сети, разбивающей магнезиальный камень на отдельные блоки (рис. 2). Образование трещин в магнезиальном камне из такого вяжущего можно объяснить следующим: в начале твердения оксид магния, являясь чрезвычайно активным, начинает очень быстро гидратировать с образованием гидроксида магния. Параллельно с этим идет реакция образования гидрооксихлоридов магния. Реакции протекают очень быстро с выделением тепла, растущие кристаллы гидрооксихлоридов образуют прочные твердые сростки, а излишки гидроксида магния вытесняются на периферию и распределяются по их поверхности. В последующем гидроксид магния начинает отдавать лишнюю воду и уменьшаться в объеме, что приводит к образованию трещин усадки (при хранении на воздухе). Если поместить такой образец в воду, то прослойка из неводостойкого гидроксида магния размягчится и образец распадется на пло
тные, прочные кусочки магнезиального камня, состоящего из гидрооксихлоридов магния. Вяжущее, полученное при высоких температурах обжига и имеющее в своем составе оксид магния в основном пониженной активности, при твердении образует трещины, механизм формирования которых принципиально другой. В таком магнезиальном камне образуются отдельные сквозные трещины (рис. 3) в достаточно поздние сроки твердения, что связано с наличием в магнезиальном камне пережога оксида магния. Постепенная гидратация сильнозакристаллизованного периклаза после затвердевания магнезиального вяжущего сопровождается увеличением объема и является причиной микротрещин и разрывов. В дальнейшем это приводит к образованию макротрещин и глобальных разрушений в изделиях, изготовленных из такого вяжущего.
Магнезиальный камень из вяжущего, полученного при оптимальных режимах обжига с размером кристаллов MgO 38…43 нм, и имеющее среднюю активность не образует трещин при твердении (рис. 4).
влияние степени закристаллизованности периклаза на свойства магнезиального вяжущего
Рисунок 2 – Магнезиальный камень из высокоактивного вяжущего
влияние степени закристаллизованности периклаза на свойства магнезиального вяжущего
Рисунок 3 – Магнезиальный камень из низкоактивного вяжущего
влияние степени закристаллизованности периклаза на свойства магнезиального вяжущего
Рисунок 4 – Магнезиальный камень из вяжущего средней активности

Таким образом, в результате проведенного исследования выявлено
1. Решающим фактором в формировании свойств магнезиального вяжущего строительного назначения, главным образом, склонности к трещинообразованию, является активность оксида магния, которая зависит от степени его закристаллизованности.
2. Несклонное к трещинообразованию вяжущее получается при некотором среднем значении активности MgO. Для магнезиального вяжущего из бруситовой породы третьего сорта Кульдурского месторождения оптимальным является размер кристаллов периклаза 38…43 нм и температура обжига 1100оС в течение 2 часов.
3. Обжиг при низких и высоких температурах приводит к получению вяжущих, образующих трещины в магнезиальном камне при твердении. В первом случае за счет усадочных явлений при удалении излишней воды из гидроксида магния, образовавшегося по поверхности сростков из гидрооксихлоридов, во втором случае причиной растрескивания является низкоактивный MgO, гидратирующий в структуре сформировавшегося магнезиального камня с увеличением объёма.

Литература
1. Белянкин Д.С. и др. Петрография технического камня. Изд. АН СССР, 1952.
2. Ваганов А.П. Ксилолит. Производство и применение. М.: Госиздат, 1959.
3. Бетоны на магнезиальных вяжущих для водостойких полов/ Крамар Л.Я., Королев А.С., Горбаненко В.М., Нуждин С.В./ Сб. докладов научно-практической конференции «Проблемы повышения надежности и качества строительства. Челябинск, 2003.
4. Модифицированные магнезиальные вяжущие повышенной водостойкости/ Нуждин С.В., Крамар Л.Я., Трофимов Б.Я./ Сборник научных трудов. – НГАУ., 2002.
5. Химическая технология керамики и огнеупоров /Под общей ред. Будникова М.: Изд-во литературы по строительству, 1972.

 

Контакты

115419, г. Москва, ул. Шаболовка, д. 34, стр. 3.



Просьба заранее предупредить о приезде, т.к. специалисты распределены по объектам




info@masterbetonov.ru




ООО «Стройсервис» работает на рынке строительного производства c 1992 года.
Основной ценностью для нашей компании являются клиенты, поскольку единственный реальный актив компании — это люди, удовлетворенные нашей работой, которые еще раз захотят воспользоваться нашими услугами. Мы стремимся сделать своих клиентов своими партнерами.