Твердение строительных композиционных материалов на основе магнезиального вяжущего в различных температурных условиях

Несмотря на большой объем проведенных исследований, одной из основных проблем, сдерживающих применение в строительном производстве композитных материалов на основе магнезиального вяжущего, и в частности бетонов и растворов на минеральных заполнителях, являлись противоречивые знания о самом вяжущем и особенностях его твердения [1–3].

Во многом открытым до настоящего времени оставался вопрос влияния температуры выдерживания материала, в том числе и отрицательной, на твердение бетонов и растворов на основе магнезиального вяжущего. Особенно это касается начального времени твердения материала, ведь как известно, основные процессы структурообразования магнезиального камня проходят в период до 7 суток от начала затворения, что и обеспечивает такой важный технологический показатель, как быстрый начальный прирост прочности (прочность магнезиального бетона на седьмые сутки при условии нормального хранения составляет около 70 % от 28-суточного показателя).

Поэтому для определения степени влияния температурного фактора на характер набора прочности магнезиального вяжущего были проведены исследования, в которых моделировались температурные условия реальной строительной площадки [4, 5, 7]. В качестве основного материала для исследований применялся магнезиальный раствор на минеральном заполнителе как широко распространенный на сегодняшний день материал для устройства стяжек и покрытий пола (наиболее распространенная область применения композиционных материалов на основе магнезиального вяжущего), а также как аналог широко применяемого мелкозернистого магнезиального бетона. Со- отношение магнезиального вяжущего к заполнителю составляло от 1:1 до 1:3, плотность применяемого в качестве затворителя водного раствора хлористого магния составляла от 1,15 до 1,25 г/см3. Температуры начального выдерживания образцов варьировались от -10 до +20 °С. Выбор данного диапазона температур обуславливался опытом производства работ по устройству монолитных полов на основе магнезиального вяжущего, когда средние температуры, при которых происходила выдержка уложенного материала, лежали внутри данного диапазона.

По результатам эксперимента измерялись значения прочности на сжатие [8–11] образцов магнезиального раствора в зависимости от температуры выдерживания, сроков набора прочности и состава (рис. 1).

Как и ожидалось, магнезиальный раствор твердеет в условиях отрицательных температур выдерживания, что обуславливается применением в качестве затворителя водного раствора хлористого магния плотностью 1,15…1,25 г/см3, который выступает в качестве противоморозной добавки, понижая точку замерзания ниже 0 °С [4, 6]. Снижение температуры выдерживания сказывается на замедлении скорости набора прочности магнезиальным раствором, особенно это касается диапазона отрицательных температур: при температуре выдерживания от 0 до –10 °С скорость набора прочности составляет в 1-е сутки – от 10 до 26 % от R28, в 3-е сутки – от 20 до 34 % от R28, в 7-е сутки – от 22 до 46 % от R28. Таким образом, замедление набора прочности магнезиальным раствором, выдерживаемым при температурах от 0 до –10 °С, относительно образцов, выдерживаемых при температуре 20 °С, достигает 65 %.

♦ 20             ■ 15              △ 10             х5              ♦0

• -5                 А -10               ^^^^^^^ Степенной (20) ^^^^^^^Степенной (15) ^^^^^^^ Степенной (5)

^^^^^^^ Степенной (0)   ^^^^^^^ Степенной (-5) ^^^^^^^Степенной (-10) ^^^^^^^Степенной (10)

Рис. 1. Графики набора прочности магнезиальным раствором в зависимости от температуры выдерживания

Интересный результат получился при сравнении прочности образцов, первоначально до 7 суток выдерживавшихся при отрицательных температурах, а затем до 28 суток при 20 °С (рис. 2). Образцы, изначально твердевшие при температурах от –5 до 0 °С, через 28 суток имели большую прочность, чем образцы, твердевшие при положительных температурах.

Такой характер твердения магнезиального раствора при отрицательных и знакопеременных температурах выдерживания можно объяснить процессами структурообразования магнезиального камня. Магнезиальное вяжущее, как известно, отличается интенсивностью схватывания и высокой скоростью протекания реакции твердения, что обеспечивает быстрый прирост прочности, раннее твердение и высокую конечную прочность.

Способность каустического магнезита интенсивно впитывать влагу при затворении приводит к образованию на поверхности зерна вяжущего плотной прореагировавшей оболочки, которая препятствует дальнейшему твердению и не допускает затворитель до активной части вяжущего. Через определенное время после того, как магнезиальное вяжущее схватилось, образовав прочный каменный материал, прореагировавшая пленка на поверхности зерен магнезита постепенно растворяется и в реакцию начинает вступать активное ядро. Неравномерность этого процесса, а также тот факт, что схватившееся вяжущее уже образует достаточно прочную матрицу, создают неблагоприятное напряженное состояние в материале, что приводит к появлению дефектов структуры, растрескиванию, короблению, повышению хрупкости и снижению прочности, что и отмечалось многими исследователями.

Начальное выдерживание твердеющего магнезиального раствора при отрицательных температурах способствует на уровне микроструктуры замедлению скорости протекания химических реакций, а также приводит к увеличению плотности затворителя за счет его уменьшения в объеме, что

Киянец А.В.

Твердение строительных композиционных материалов на основе магнезиального вяжущего…

Рис. 2. Прочность магнезиального раствора в зависимости от сроков твердения и температуры начального выдерживания

влечет за собой повышенную способность к растворению MgO. Таким образом, при общем снижении темпов твердения создаются условия для создания упорядоченной микроструктуры и более благоприятного внутреннего напряженного состояния, что и отражается на повышении прочности материала.

Заключение. Подводя итог вышеизложенному, необходимо отметить, что отрицательные температуры выдерживания от 0 до –5 °С обуславливают снижение скорости твердения магнезиального раствора и повышение растворимости каустического магнезита за счет увеличения плотности затворителя. Это способствует созданию более прочной и бездефектной структуры материала и повышению его прочности. Начальное выдерживание магнезиального раствора (до 7 суток) после приготовления при температурах от 0 до -5 °С и дальнейшем хранении в условиях положительных температур способствует повышению прочности в среднем на 7–22 % от R₂₈ (в зависимости от состава) относительно материала, выдерживаемого после изготовления при температуре +20 ° С.