1790

Таблица 34

Изменение прочности при сжатии пеномагнезита после нагревания

В табл. 35 показана прочность пеномагнезита при сжатии после нагревания в процентах по сравнению с прочностью пеномагнезита при нормальной температуре.

Таблица 35

Прочность пеномагнезита при сжатии после нагревания в процентах к прочности ненагретых образцов

В табл. 36 приведены потери при прокаливании пеномагнезита при различных температурах в процентах от веса исходного образца.

Таблица 36

Потери при прокаливании пеномагнезита в процентах от веса образца

Незначительные потери при прокаливании при температурах до 300 оС являются дополнительным доказательством высокой термостойкости пеномагнезита. В целом пеномагнезит следует рассматривать как более огнестойкий материал, чем пенобетон на основе портландцемента. Объёмный вес (плотность) материалов ячеистой структуры – один из основных показателей при оценке их изоляционных свойств. Плотность конструктивно-изоляционных материалов колеблется от 10 до 1200 кг/м3. Высокие вяжущие свойства магнезиального

73

цемента позволяют получить достаточно прочный материал незначительного объёмного веса. Пеномагнезит, как и пенобетон на основе портландцемента, по размерам ячеек может классифицироваться на мелкоячеистый 200 – 300 яч./см2, среднеячеистый 100 – 150 яч./см2 и крупноячеистый 25 – 50 яч./см2.

Морозостойкость пеномагнезита – основное условие его применения в качестве изоляционного материала вообще, и в таких сооружениях как холодильники, в особенности. Пеномагнезит, изготовленный на растворе хлорида магния, не показал признаков разрушения после 15-кратного замораживания и оттаивания. Образцы, изготовленные на растворе сульфата магния, после 15-кратного замораживания также не разрушились, однако углы у кубиков начали крошиться. Это объясняется тем, что пеномагнезит представляет собой материал с замкнутыми порами. Преобладание кристаллических форм соединений, входящих в состав магнезиального цемента, дает основание предполагать, что пеномагнезит будет более устойчивым в эксплуатации материалом, чем пенобетон на основе портландцемента.

Следует отметить ещё некоторые положительные свойства пеномагнезита. Высокие пластические свойства магнезиального цемента позволяют получать сложные фасонные детали с незначительными допусками, например, сегменты для изоляции трубопроводов. Можно предположить, что пеномагнезит будет обладать и хорошими звукоизоляционными свойствами.

5.6. Пути повышения водостойкости пенобетона на основе магнезиального цемента

Серьезными недостатками пенобетонов на основе магнезиального цемента, имеющим плотность 500 – 800 кг/м3, является низкая водостойкость, повышенная сорбционная влажность. Причина указанных недостатков заключается в том, что в обычных условиях гидроксохлорид магния кристаллизуется в форме пентаоксихлорида, обладающего относительно высокой растворимостью в воде. Водостойкость уменьшается также вследствие наличия в системе свободного хлорида магния, избыток которого требуется для обеспечения необходимой скорости растворения и гидратации каустического магнезита. Присутствие в магнезиальном бетоне хлорида магния, обладающего повышенной гигроскопичностью, сильно увеличивает и сорбционную влажность изделий.

74

Изучалось три способа повышения водостойкости. По первому способу создаются условия, при которых в период твердения образуется преимущественно не обычный пентаоксихлорид, а триоксихлорид магния, обладающий повышенной стойкостью по отношению к воде и многим агрессивным средам. В процессе образования триокисхлорида магния связывается в 1,8 раза больше хлорида магния, чем при образовании пентаоксихлорида, что должно положительно сказываться на снижении сорбционной влажности. Преимущественное образование триоксихлорида магния происходит при введении в бетон природных минералов, содержащих силикаты или гидроксид магния, а также цеолиты.

Второй способ – введение в состав магнезиального бетона активного кремнезема, например, аморфизированного микрокремнезема. Это приводит к частичному и даже полному связыванию избыточного хлорида магниязасчетобразованиясиликатовмагниянаповерхностичастицдобавки.

Третий способ связан либо с заполнением пор плотным материалом, например, нерастворимым гидроксидом железа или меди, гелем кремниевой кислоты или фурановой смолой, либо с образованием гидрофобных пленок, прочно связанных со стенками пор, например, из кремнийорганических полимеров ГКЖ-11 или 136-57. В этом варианте представляют интерес составы типа «Пенетрон» и «Ксайпекс», создающие «кристаллизационный барьер» в ячеистом бетоне, а также клеевые минеральные композиции на основе жидкого стекла (КМК).

При реализации описанных способов повышения водостойкости всегда наблюдается снижение сорбционной влажности и увеличение прочности магнезиального бетона.

5.7. Свойства модифицированного цемянкой пенобетона

Неавтоклавный пенобетон на основе магнезиального цемента превосходит свой аналог на основе портландцемента по механическим и теплотехническим характеристикам. Но, как показали проведенные в СибАДИ исследования [19], единственным путем (при использовании доступных ПАВ и стабилизаторов пены) получения пенобетонов на основе каустического магнезита плотностью 500 – 550 кг/м3 является увеличение объёма раствора бишофита, который одновременно служит жидкостью затворения вяжущего и средой пенообразующего раствора. Следствием этого будет неизбежное избыточное содержание свободного бишофита в готовом бетоне. Введение

75

таких заполнителей как цемянка и зола-унос не приводит к полному связыванию свободного бишофита, но повышает прочность и водостойкость бетона. Наиболее выражен этот эффект при введении цемянки. При ее содержании в пределах 15 – 30 % прочность бетона больше, чем без цемянки.

Для нейтрализации вредного влияния избыточного бишофита на свойства пенобетона решено было испытать описанный А.П. Вагановым приём [3]: вымывание из затвердевшего материала избыточного бишофита водой путем замачивания его на некоторое время. Влияние расхода раствора бишофита на прочность пенобетона на основе каустического магнезита с цемянкой и без нее изучалось на более чем 300 образцах. В табл. 37 приведены результаты этих исследований.

Таблица 37

Прочность при сжатии пенобетона, полученного с использованием различных количеств раствора затворителя – бишофита плотностью

1200 кг/м3 при содержании цемянки 25 %

При большом расходе бишофита введение цемянки не предотвращает снижение прочности пенобетона.

Результаты восьми серий эксперимента были обобщены, они приводятся на рис. 20. Кривая 1 отражает зависимость прочности от плотности пенобетона в возрасте 28 суток для образцов естественного твердения, а кривая 2 – для образцов, высушенных после вымачивания. Оказалось, что независимо от наличия цемянки точки укладываются достаточно хорошо на одну кривую.

Общая закономерность – уменьшение прочности при снижении плотности, вызвана в том числе и расклинивающим действием кристаллизующегося из рассола свободного бишофита. Вымачивание образцов проводилось до 3 суток, сушка до постоянной массы – при

76

температуре до 120 оС. Хорошо видно, что вымачивание приводит не только к значительному снижению плотности (см. табл. 38), но и к резкому упрочнению пенобетона – до 50 %. Все точки кривой 2 расположены выше точек на кривой 1 при одинаковой плотности. Это свидетельствует о том, что удаление избыточного - бишофита не только снимает дополнительное напряжение в матрице, но и указывает на появление новой структуры, отличной от прежней. На рис. 21 показано влияние расхода бишофита на плотность, пористость и водопоглощение пенобетона.

Рис. 20. Зависимость прочности пеномагнези- Из рис. 21 и табл. 38 следу- та от его плотности: 1 – образцы естественого ет что плотность, общая по твердения; 2 – образцы, высушенные после ристость и водопоглощение

вымачивания главным образом определяются расходом бишофита. Пористость пенобетона на основе каустического магнезита на 70 – 80 % является открытой. Данные свойства практическинеизменяютсяотсодержанияцемянкивширокихпределах.

Общую пористость и объём закрытых пор вычисляли на основе величины водопоглощения, определенной по ГОСТ 17177-87, по методике, предложенной А.М. Сизиковым [27]. Для всех образцов, кроме прочности, плотности и водопоглощения, определялась сорбционная влажность. Результаты приведены в табл. 39.

77

Таблица 38

Зависимость плотности, пористости и водопоглощения пенобетона от содержания цемянки при постоянном расходе бишофита

Видно, что сорбционная влажность не зависит от содержания цемянки, а определяется расходом бишофита в расчете на массу ПМК75, а не на массу сухой смеси. Было рассчитано содержание свобод-

78

ного бишофита в пенобетоне при нескольких значениях отношения объёма бишофита к массе ПМК-75 в предположении, что именно этому отношению соответствует количество необратимо связываемого бишофи-

79

жания свободного бишофита имеет линейный характер, что соответствует механизму процесса. Сорбционная влажность, обусловленная бишофитом, полностью устраняется вымыванием его водой. В табл. 40 представлены результаты измерения коэффициентов теплопроводности сухого пенобетона с содержанием цемянки 20% от

фициента теплопроводности при переходе от пенобетона без заполнителя к пенобетону с цемянкой. Видимо, это связано с проникновением в межпоровое пространство оксихлоридмагнезиальной основы довольно крупных (до 0,3 мм) плотных частиц цемянки.

Усадка магнезиального бетона при сушке была изучена на плотных и поризованных образцах с различным содержанием цемянки и

80

золы. Установлено, что усадка плотного магнезиального бетона составляет: без наполнителя – 0,75 – 1,23 %; с добавкой циклонной золы

– 1,73 – 2,26 %; с добавкой электрофильтровой золы – 0,25 – 0,5 %; с добавкой цемянки менее 0,05 %. Показано также, что усадка магнезиальных бетонов с добавкой золы и цемянки не зависит от расхода раствора бишофита в интервале 0,55 – 1,2 л/кг смеси и содержания добавки в интервале 5 – 30 %. Пенобетон на основе магнезиального цемента всех составов имеет усадку менее 0,05 %.

В лаборатории кафедры строительных конструкций СибАДИ были определены кубиковая и призменная прочность, а также модуль упругости. Образцы для испытания – призмы размером 150 х 150 х 600 мм и кубы с ребром 150 мм трех марок по плотности в возрасте 7 суток. Определение призменной прочности и начального модуля упругости выполнялось в соответствии с требованиями ГОСТ 2445280 [28]. Испытания проводили на гидравлическом прессе, величину нагрузки определяли по шкале 50 тс (возможные отклонения создаваемого давления при малых нагрузках – не более 5 %).

Измерение продольных деформаций проводили с помощью индикатора часового типа с точностью деления 0,001 мм. Результаты испытаний приведены в табл. 41.

На основании анализа результатов испытаний можно сделать вывод о соответствии характеристик пенобетона нормам проектирования СНиП 2.03.01-84 [29] для ячеистых неавтоклавных бетонов клас-

сов В 2,5 (М 35) для Д 800 и В 2 (М 25) для Д 550.

Если вместо ПМК-75 взять вяжущее с более высоким содержанием активной окиси магния, прочностные показатели будут существенно выше. На основании проведенных исследований были получены патенты на изобретение пенобетона на магнезиальном вяжущем [30] и газобетона [31].

81

6. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ БЕТОНОВ

6.1. Исходные материалы и требования к ним

Результаты изложенных выше исследований позволяют сформулировать общие требования к исходным материалам для производства магнезиальных бетонов. Решающая роль в обеспечении прочности материала принадлежит каустическому магнезиту. На прочность материала большее влияние оказывают температура и продолжительность обжига сырья, тонкость его помола, содержание же в нем оксида магния имеет меньшее значение. Степень обжига контролируется удельным весом и потерями при прокаливании, тонкость помола – набором стандартных сит. Для каустического магнезита нормального обжига удельный вес колеблется от 3,20 до 3,45, потери при прокаливании – от 4 до 8 %. Тонкость помола, при которой каустический магнезит нормального обжига дает цемент высокой прочности, должна быть не ниже следующих показателей: остаток на сите 900 отв./см2 не больше 2 %, проход через сито 4900 отв./см2 не менее 80 %. Удельный вес и потери при прокаливании каустического магнезита могут изменяться в зависимости от минералогического состава природного магнезита. Прочность при сжатии для образцов состава 1 часть каустического магнезита и 3 части кварцевого песка при концентрации раствора хлорида магния 25 %в возрасте 28 суток колеблется от 600 до1000 кг/см2.

Сложнее обстоит вопрос с качественной оценкой кальцинированного каустического магнезита, представляющего отход от обжига магнезита на металлургический порошок во вращающихся печах. Эти отходы в виде пыли скапливаются в пылевых камерах вращающихся печей и в мультициклонах, улавливающих пыль топочных газов печей. Активность пыли колеблется от 150 до 350 кг/см2, а пыли из мультициклонов – ещё выше. Для правильной качественной оценки сырья, получаемого из отходов, необходимо провести анализ всех данных, включая содержание свободной и связанной влаги с обязательным проведением механических испытаний.

При производстве пенобетона основным условием для обеспечения нормальных качеств и однородной структуры пеномагнезита является пластичность пеномассы и время схватывания. Для обеспечения хороших показателей дисперсность пыли должна быть как можно

82