В работе приведены результаты исследования конструктивных характеристик каустического магнезита, получаемого из породы Савинского месторождения
магнезит, магнезиальное вяжущее, заполнитель, прочность, сжатие, изгиб
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.
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 
и изгиб 
.
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:
, (1)
, (2)
- для ПМК-80:
, (3)
. (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.
1. Крамар, Л.Я., Черных, Т.Н., Орлов, А.А., Трофимов, Б.Я. Магнезиальные вяжущие из природного сырья. – Челябинск: «Искра-Профи». 2012. – 146 с.
2. Российская Федерация. Стандарты. ГОСТ 1216-87 «Порошок магнезитовый каустический».
3. Российская Федерация. Стандарты. ГОСТ 6139-2003 «Песок для испытания цемента».
4. Российская Федерация. Стандарты. ГОСТ 301-81*. Портландцемент. Методы испытания.
