CHARACTERISTICS OF MAGNESIA BINDER BASED ON NATURAL MAGNESITE OF THE SAVINSKY DEPOSIT
Abstract and keywords
Abstract (English):
The paper presents the results of a study of the constructural characteristics of caustic magnesite obtained from the rock of the Savinsky deposit

Keywords:
magnesite, magnesia binder, aggregate, strength, compression, bending
Text
Publication text (PDF): Read Download

Эффективным направлением ресурсосбережения в строительном комплексе является выпуск бесклинкерных комбинированных цементов с использованием техногенных материалов. В этом ряду магнезиальные вяжущие выгодно отличаются малой энергоемкостью, интенсивным твердением и высокой прочностью.

В магнезиальных вяжущих активной составляющей является оксид магния. При затворении водой они медленно набирают прочность, которая не слишком высока. Для обеспечения интенсивного твердения и высокой прочности, магнезиальные вяжущие затворяют растворами солей. Наибольшее распространение получил магнезиальный цемент – каустический магнезит, затворенный раствором хлористого магния. Малая энергоемкость производства снижает себестоимость магнезиальных вяжущих почти вдвое по сравнению с портландцементом. Твердение магнезиальных вяжущих протекает интенсивно и не требует влажной среды и обогревания [1].

В Иркутской области расположено крупнейшее в мире месторождение магнезита – Савинское, с объёмом руды, превышающим 2 млрд. тонн. Сырье Савинского месторождения состоит из высокосортных сортов магнезитов, по качеству превосходящих известные породы на Урале. Из этого природного материала получается качественное магнезиальное вяжущее с содержанием MgO до 85 %, что соответствует стандартным требованиям к ПМК-75, ПМК-80 [2].

В таблицах 1, 2 приведены данные по составу вяжущего, полученного при обжиге порошка из природного магнезита. Анализ химического состава проводился заводской лабораторией Восточно-Сибирского завода огнеупоров.

В работе приведены результаты исследования прочностных характеристик вяжущих, полученных прямым обжигом породы Савинского месторождения.

Таблица 1

Химический состав магнезитового порошка

Компонент

Содержание, в % порошка

ПМК-75

ПМК-82

MgO

76,4

82,3

CaO

0,8

0,5

SiO2

13,8

8,8

FeO

3,3

3,1

Al2O

4,8

4,6

Не установленный остаток

0,9

0,7

 

Таблица 2

Фракционный состав магнезитового порошка

Размер отверстия сит

Масса остатков, г

Содержание остатков, %

0,02

1,53

3

0,009

10,7

21,4

Поддон

37,8

75,6

 

Испытания проводились по методике [3] на образцах в виде балочек размером 40х40х160 мм. В качестве минерального заполнителя использовался песок Привольского месторождения [4]. Отношение массовых долей вяжущего к заполнителю (В/З) составляло 1/3, а вяжущего к затворителю (В/Р) варьировалось от 1/2 до 1/3 с затворением смеси водным раствором хлористого магния плотностью от 1,05 г/см3 до 1,2 г/см3. Для оценки уровня показателей конструкционного материала соответствующие характеристики сравнивались с аналогичными показателями образцов, приготовленных на портландцементе (ПЦ) марки М400 и том же заполнителе в соотношении 1/3. В качестве показателей качества вяжущего приняты конструктивные характеристики – прочность (МПа) на сжатие Rсж  и изгиб Rизг .

Исследования проводились по методике рационального планирования многофакторных экспериментов с целью получения модели конструктивных характеристик в виде неполного квадратичного уравнения. В результате обработки опытных данных получены следующие уравнения приближённой регрессии, адекватные эксперименту при уровне значимости 0,05:

- для ПМК-75:

Rcж=65,97∙ρ-151,6∙ВЗ-14,55∙ВР+40,1∙ВЗВР+129∙ВЗρ+7,5ВРρ-60 ,        (1)

Rизг=7,9∙ρ-145,2∙ВЗ-74,8∙ВР+34,9∙ВЗВР+177∙ВЗρ+68ВРρ-0,7 ,              (2)

- для ПМК-80:

Rcж=12,25∙ρ-16,28∙ВЗ-5,6∙ВР+2,58∙ВЗВР+25,8∙ВЗρ+5,8ВРρ-11,2 ,         (3)

Rизг=17,9∙ρ-44,38∙ВЗ-50,7∙ВР+24,58∙ВЗВР+25,8∙ВЗρ+42ВРρ+25,4 .      (4)

На рисунке 1 приведена гистограмма, показывающая вклад каждого фактора на конструктивные характеристики материала.

а)                                                        б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Степень влияния компонентов материала на конструктивные характеристики: прочность на сжатие а) и прочность на изгиб б).

 

Самое значительное влияние на прочность материала на магнезиальном вяжущем оказывает концентрация затворителя – водного раствора хлористого магния. При этом можно отметить, что если большее содержание в вяжущем MgO ослабляет степень влияния этого фактора на прочность на изгиб, то доля его в формировании прочности на сжатие возрастает в менее качественном вяжущем. Значимость остальных компонентов на конструктивные характеристики проявляется практически одинаково. Соотношение долей вяжущего и заполнителя более существенно влияет на прочность на сжатие, чем на изгиб. А соотношение между чатями вяжущего и раствора более существенно для конструктивных характеристик на основе ПМК-80, чем на ПМК-75. Эффекты совместного влияния компонентов на формирование структуры материала (от которой зависит прочность) проявляются незначительно. Однако, обращает внимание тот факт, что на прочность на изгиб для ПМК-80 заметным проявляется взаимодействие плотности раствора с отношением массовых частей вяжущего и раствора (около 8 %) и несущественность этого влияния для вяжущего с ПМК-75.

Влияние изменения количественных соотношений компонентов в материале на прочностные показатели приведены на рисунках 2 и 3.

 

а)                                                             б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Зависимость прочности на сжатие от соотношения массовых частей магнезиального вяжущего ПМК-75 а) и ПМК-80 и мелкодисперсного заполнителя

 

а)                                                          б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Зависимость прочности на изгиб от соотношения массовых частей магнезиального вяжущего ПМК-75 а) и ПМК-80 и мелкодисперсного заполнителя

 

Снижение доли вяжущего любого сорта ведёт к снижению прочности материала. При этом если прочность на сжатие снижается на 20 % при затворении смеси концентрированным раствором независимо от доли раствора, то с понижением концентрации интенсивность потери прочности увеличивается с возрастанием доли вяжущего к раствору с 24 % до 20 % для обеих марок порошка. Изменение прочности материала на изгиб значительно зависит от марки вяжущего. Если для ПМК-75 потеря прочности составляет около 11 % практически для всех долей компонентов, то для ПМК-80 этот показатель составляет 5 % для концентрированного раствора и почти на 18 % для низко концентрированного затворителя при снижении отношения В/Р с 1 до 0,76.

В целом полученные зависимости (1)-(4) позволяют подбирать состав вяжущего с прогнозируемыми характеристиками.

Результаты исследования магнезиального порошка из породы Савинского месторождения показывают соответствие основных характеристик каустического магнезита требованиям, предъявляемым к магнезиальным вяжущим, и соответственно, являются еще одним аргументом перспективности производственного освоения этого объекта природы.

References

1. Kramar, L.Ya., Chernyh, T.N., Orlov, A.A., Trofimov, B.Ya. Magnezial'nye vyazhuschie iz prirodnogo syr'ya. – Chelyabinsk: «Iskra-Profi». 2012. – 146 s.

2. Rossiyskaya Federaciya. Standarty. GOST 1216-87 «Poroshok magnezitovyy kausticheskiy».

3. Rossiyskaya Federaciya. Standarty. GOST 6139-2003 «Pesok dlya ispytaniya cementa».

4. Rossiyskaya Federaciya. Standarty. GOST 301-81*. Portlandcement. Metody ispytaniya.

Login or Create
* Forgot password?