Влияние различных видов затворителей на гигроскопичность магнезиального камня

S.S. Зимин, Л.Я. Крамар, Б.Я. Трофимов

Представлены результаты экспериментальных исследований гигроскопичности магнезиального камня с использованием различных затворителей. Показано, что применение в качестве затворителя побочного продукта производства изопропилового спирта позволяет значительно снизить гигроскопичность камня.

В настоящее время увеличивается спрос на стеновые теплоизоляционные материалы, что требует расширения номенклатуры и выпуска изделий с высокими показателями прочности при сжатии и изгибе, водостойкости и низкими гигроскопичностью и теплопроводностью. Для этих целей можно использовать магнезиальные материалы, такие как ксилолит, фибролит, Гераклит и др. Основными причинами, сдерживающими их применение, является высокая гигроскопичность камня, полученного затворением водным раствором хлорида магния.

Известно, что особое влияние на формирование структуры и свойств магнезиального камня оказывает вид затворителя [1, 5]. Для получения строительных материалов с разными специфическими свойствами в качестве затворителей используют водные растворы хлорида магния, сульфатов магния и железа и др.

Наибольшее распространение среди затворителей получил бишофит технический (водный раствор хлорида магния). Магнезиальный камень на его основе отличается высокой прочностью при сжатии, достигающей в возрасте 28 суток 60 МПа и быстрым набором прочности в ранние сроки твердения. Но этот материал отличается повышенной гигроскопичностью, которая достигает 7...8 %, поэтому его нельзя применять в производстве теплоизоляционных материалов.

В работах А.М. Кузнецова и В.В. Шелягина [3, 4] было отмечено, что использование в качестве затворителя водного раствора хлорида магния в производстве фибролитовых плит, отделочных материалов, несъёмной опалубки в труднопроду-ваемых местах наблюдается насыщение этих материалов влагой. Это является причиной появления сырости, высолов и грибка на поверхности изделий и по штукатурке, а в суровых климатических условиях возможно промерзание стен, что и явилось причиной отказа от данного вида затворителя при производстве теплоизоляционных и отделочных материалов.

Целью настоящего исследования является разработка магнезиальных материалов с низкой гигроскопичностью.

Разные учёные предлагают следующие пути снижения гигроскопичности магнезиальных материалов:

А.М. Кузнецов [3] для достижения поставленной цели предлагал введение в состав хлормагнезиального вяжущего добавки сульфата железа, которая в процессе гидратации при взаимодействии с хлоридом магния образует сульфат магния и тем самым снижает гигроскопичность получаемого материала. Но такой способ не нашёл широкого применения из-за значительного снижения прочности изделий.

Есть предложения затворять магнезиальное вяжущее смешанным хлорсульфатным затворите-лем.

Элинз М.П., Келессо [1,2, 5] установили, что наибольшее снижение гигроскопичности магнезиального камня возможно при использовании в качестве затворителя сульфата магния.

Для выявления наиболее эффективного способа снижения гигроскопичности были проведены исследования магнезиального камня с использованием смешанного хлорсульфатного и сульфатного затворителей.

Изучение влияния хлорсульфатного затворителя на гигроскопичность магнезиального камня проводили на смеси водных растворов хлорида и сульфата магния в следующем процентном соотношении:

MgSO4 - MgCl2 - 25 ч- 75; 50 ч- 50; 75 ч- 25, при этом принимали плотность

MgSO4-TH2O-1,18 г/см3, MgCl2-6H2O-1,20 г/см3. В качестве магнезиального вяжущего использова-

Строительные материалы, изделия и конструкции ли ПМК-75 (ОАО «Комбинат «Магнезит», г. Сат-ка), удовлетворяющий ГОСТ 1216-87, с насыпной плотностью в вибрированном состоянии 1320 г/дм3 и содержанием пережога 2,5 %. В табл. 1 приведены результаты испытаний полученных образцов.

Анализ полученных результатов исследования показал следующее: прочность камня, полученного затворением магнезиального вяжущего хлорсульфатным затворителем, в возрасте 28 суток имеет максимальное значение на затворителях с соотношением MgSO4 4- MgCl2 = 25 4- 75 и 50 4- 50 и составляет 47...41 МПа. Дальнейшее повышение доли сульфата магния в затворителе приводит к резкому снижению прочности камня до 28 МПа.

Гигроскопичность полученных образцов изменяется от 5,5 до 3,8 %, в зависимости от содержания сульфата магния, что в полной мере не решает проблему.

Водопоглощение камня с увеличением концентрации сульфата магния снижается с 8,2 до 5,5 %. При соотношении составляющих затвори-теля MgSO4 4- MgCl2 25 4- 75 коэффициент размягчения составляет 0,64, а дальнейшее увеличение доли сульфата снижает его до 0,4.

Таким образом, использование смешанного хлорсульфатного затворителя является не рациональным и не достаточно эффективно решает проблему гигроскопичности, водостойкости и прочности.

Вторым путём снижения гигроскопичности магнезиального камня является использование в качестве затворителя водного раствора сульфата магния. Полученные результаты испытаний сульфомаг-незиального камня при твердении сведены в табл. 2.

Из полученных результатов следует, что в марочном возрасте прочность магнезиального камня, затворённого водным раствором сульфата магния низкой плотности 1,14... 1,16 г/см3, не превышает 20 МПа, при больших плотностях затворителя (1,18...1,22 г/см3) она составляет 24...32 МПа, при этом наблюдается повышение коэффициента размягчения магнезиального камня от 0,4 до 0,67. Водопоглощение также зависит от плотности затворителя и достигает при высоких плотностях наименьшего значения - 2,4 %. Такая же зависимость наблюдается при оценке гигроскопичности магнезиального камня, которая с повышением плотности затворителя от 1,14 до 1,22 г/см3 изменяется от 3,4 до 1,06 %.

Таким образом, проблему гигроскопичности можно успешно решить ранее известным способом - использованием в качестве затворителя сульфата магния. Но при этом плотность водного раствора сульфата магния должна быть выше 1,18 г/см3.

В отдельных работах предлагается использовать в качестве затворителя различных отходов производств, содержащих слабоконцентрированную серную кислоту и др. сульфатосодержащие отходы.

К такому виду затворителя можно отнести продукт (ПОС) по ТУ 2141-003-46754744-07, получаемый путём нейтрализации серной кислоты серпен-тинитомагнезитом в производстве изопропилового спирта, содержащий до 70 % MgSO4. ПОС растворяется водой до получения плотности затворителя 1,31 г/см3. В результате растворения этого отхода образуется суспензия, содержащая 30...50 % силикатного геля. Эффективность этого материала изучали с применением гелевой составляющей и без неё. Результаты испытаний сведены в табл. 3.

Таблица 1 Изменения физико-механических характеристик магнезиального камня, затворённого смесью хлорсульфатов магния

Соотношение MgSO44-MgCl2	Гигроскопичность, % по массе	Водопоглощение, % по массе	Коэффициент размягчения	Прочность при сжатии в 28 сутки, МПа
25 4-75	5,45	8,2	0,64	47,2
504-50	4,44	7,9	0,65	40,9
75 4-25	3,8	5,5	0,4	28

Таблица 2 Изменения физико-механических характеристик магнезиального камня, затворённого водным раствором сульфата магния MgSO4 различной плотности

Плотность водного раствора сульфата магния	Гигроскопичность, % по массе	Водопоглощение, % по массе	Коэффициент размягчения	Прочность при сжатии в 28 сутки, МПа
р = 1,14 г/см3	3,4	6,7	0,4	17,5
р = 1,16 г/см3	3,0	5,6	0,4	20,8
р = 1,18 г/см3	1,27	4,8	0,55	24,4
р = 1,20 г/см3	1,08	2,9	0,65	28,4
р = 1,22 г/см3	1,06	2,4	0,67	32,7

Зимин В.В., Крамар Л.Я., Трофимов Б.Я.

Влияние различных видов затворителей на гигроскопичность магнезиального камня

Таблица 3 Изменения физико-механических характеристик магнезиального камня, затворённого раствором/рассолом ПОС

Плотность ПОС	Гигроскопичность, % по массе	Водопоглощение, % по массе	Коэффициент размягчения	Прочность при сжатии в 28 сутки, МПа
Раствор ПОС (с гелем)	0,94	2,04	0,73	30,1
Рассол ПОС (без геля)	1,07	1,3	0,7	30,6

Из данных табл. 3 видно, прочность камня, полученного затворением магнезиального вяжущего водным раствором (с гелем) и рассолом (без геля), составляет 30 МПа. Коэффициент размягчения камня на рассоле ПОС достигает 0,7, а камня на растворе ПОС - 0,73. При этом водопоглоще-ние камня на растворе ПОС выше, чем на его рассоле, и составляет 2,04 %, а гигроскопичность этих камней находится в пределах 1 %.

Следовательно, использование ПОС без геля менее эффективно, т. к не приводит к повышению физико-механических характеристик камня, а отделение гелевой фазы затворителя повышает затраты на работу непосредственно в производстве и увеличивает расход ПОС в 2 раза.

Использование в качестве затворителя отхода производства изопропилового спирта позволяет получать магнезиальный камень низкой гигроскопичности, а также приводит к снижению водопо-глощения в 2 раза и повышению коэффициента размягчения с 0,55...0,67 до 0,73 в сравнении с сульфатом магния.

Проведённые исследования позволяют сделать следующие выводы:

• 1.    Использование водного раствора смешанного хлорсульфата магния в качестве затворителя магнезиального вяжущего не эффективно, так как гигроскопичность камня в сравнении с хлормагнезиальным снижается не значительно, но при этом повышается расход солей-затворителей.

• 2.    Применение затворителя - сульфата магния позволяет решить проблему гигроскопичности.

• 3.    Наиболее эффективным решением проблемы гигроскопичности является получение теплоизоляционных материалов с использованием в качестве затворителя побочного продукта производства изопропилового спирта.

• 4.    Изделия на основе магнезиального камня на этом затворителе отличаются наименьшей гигроскопичностью, не превышающей 1%, высоким показателем коэффициента размягчения (водостойкости) и достаточной прочностью.

• 5.    Использование в качестве затворителя отхода производства ПОС (ОАО «Оренбуржские материалы») позволяет решать проблему безот-ходности на данном предприятии.