Строительство и архитектура /4. Современные строительные материалы

Мирюк О.А., д.т.н.

Рудненский индустриальный институт, Казахстан

Влияние вещественного состава формовочных масс

на твердение мелкозернистых магнезиальных композитов

Формирование структуры материалов – многоэтапный процесс, включающий обоснованный выбор и подготовку сырьевых материалов, определение условий уплотнения и твердения формовочной массы [1].

Объектом исследования послужили магнезиальные композиции мелкозернистой структуры на основе комплексного использования хвостов сухой магнитной сепарации (СМС) – отходов первичной стадии обогащения скарново-магнетитовых руд. Композиции составлены из смешанного магнезиального вяжущего, содержащего в качестве наполнителя тонкодисперсные хвосты СМС, и фракционированного заполнителя – дробленых хвостов СМС [2].

Цель работы – исследование влияния вещественного состава формовочных масс на свойства магнезиальных композиций.

Формовочные массы готовили с использованием каустического магнезита, отходов обогащения скарново-магнетитовых руд различной дисперсности, затворителя – раствора хлорида магния плотностью 1250 кг/м³.

Испытания композиций с соотношением «вяжущее : заполнитель – 1 : 2» выявили рост плотности и прочности материалов по мере увеличения крупности фракции заполнителя (таблица 1).

Отношение «жидкое: твердое», определяющее состояние формовочной массы, позволяет регулировать структуру композиции, влияет на твердение и прочность затвердевшего материала (таблица 2, рисунок 1).

Формирование плотной и прочной структуры композитов достигается при использовании пластичных смесей с отношением «жидкое: твердое», равным 0,30 – 0,35. Такое состояние сырьевой смеси обеспечивает ее уплотняемость при кратковременной вибрации.

Таблица 1 – Влияния размера фракций хвостов СМС на свойства композиции

Состав вяжущего, %		Фракция заполнителя, мм (хвосты СМС)	Плотность, кг/м^3	Предел прочности при сжатии, МПа, в возрасте 1 сут
каустический магнезит	хвосты СМС
100	0	0,14 – 0,315	1870	27
100	0	0,315 – 0,63	2100	37
100	0	0,63 – 1,25	2160	43
70	30	0,14 – 0,315	1800	24
70	30	0,315 – 0,63	1900	33
70	30	0,63 – 1,25	2170	38

Таблица 2 – Влияние отношения «жидкое: твердое» на свойства композиции

Жидкое: твердое	Состояние формовочной массы	Плотность, кг/м^3
0,25	Рыхлая	1700
0,30	Малопластичная	2140
0,35	Пластичная	2250
0,40	Очень пластичная	2060
0,45	Литая	2030
0,50	Литая с повышенной текучестью	2010

Рисунок 1 – Влияние отношения «жидкое: твердое» на твердение композиции

с фракцией заполнителя «0,14 – 0,315» мм

Производство изделий мелкозернистого строения предусматривает широкий перечень методов уплотнения сырьевой смеси.

Исследованы формовочные массы пластичной и жесткой консистенции, содержащие заполнитель – хвосты СМС фракции «0,315 – 0,63» мм в различном количестве (таблица 3). Состояние формовочной массы регулировали количеством затворителя, определившим отношение «жидкое : твердое».

Пластичные формовочной массы уплотняли вибрированием, жесткие формовочной массы прессовали (80 кН).

Сравнительный анализ результатов испытаний композиций, полученных различным формованием, свидетельствует о повышенных показателях прочности прессованных образцов (таблица 3, рисунки 2 и 3). Использование интенсивного уплотнения формовочной массы позволяет упрочнить композиции на основе смешанного вяжущего, значения прочности которых при ограниченном содержании заполнителя превосходят показатели композиций на основе каустического магнезита.

Таблица 3 – Свойства композиций различного состава

Состав вяжущего, %		Вяжущее : заполнитель	Жидкое: твердое	Плотность, кг/м^3
каустический магнезит	хвосты СМС
Подвижная формовочная масса
100	0	1:1	0,30	1900
100	0	1:1,5	0,29	2030
100	0	1:2	0,26	1970
50	50	1:1	0,25	2250
50	50	1:1,5	0,24	2200
50	50	1:2	0,23	2080
Жесткая (прессованная) формовочная масса
100	0	1:1	0,28	2200
100	0	1:1,5	0,24	2100
100	0	1:2	0,23	2240
50	50	1:1	0,24	2300
50	50	1:1,5	0,20	2350
50	50	1:2	0,19	2300

Рисунок 2 – Влияние доли вяжущего на прочность композиций

пластического формования

Рисунок 3 – Влияние доли вяжущего на прочность прессованных композиций

Прессование формовочных масс увеличивает среднюю плотность и прочность бетона, обеспечивая рост доли техногенного компонента в составе композиций. Повышение давления прессования и введение техногенного компонента уплотняет структуру, увеличивает водостойкость, уменьшает водопоглощение (таблица 4).

Результаты экспериментальных исследований положены в основу технологического проектирования линий по выпуску мелкозернистых изделий.

Технологическая схема включает измельчение техногенного материала – отходов обогащения скарново-магнетитовых руд – с последующей классификацией дробленой массы на вибрационных грохотах. Фракции дробленого материала «0,14 – 0,315» мм и «0,63 – 1,25» мм предназначены для заполнителя магнезиальных композиций, тонкая фракция частиц размером «0 – 0,14» мм направляется на совместный помол с каустическим магнезитом для получения смешанного вяжущего.

Таблица 4 – Влияние условий прессования на свойства композиций

Состав вяжущего, %		Давление прессования, кН	Плотность, кг/м^3	Коэффициент размягчения	Водопоглощение, %
каустический магнезит	хвосты СМС
100	0	80	2250	0,54	3,5
30	70		2400	0,59	2,8
100	0	90	2300	0,60	3,0
30	70		2400	0,64	2,5
100	0	100	2300	0,67	2,7
30	70		2400	0,71	2,3

Выводы. Выявлена зависимость свойств магнезиальных мелкозернистых бетонов от вещественного состава и способа уплотнения формовочных масс.

Показана возможность регулирования структуры и свойств композиций за счет изменения содержания техногенного компонента и давления прессования формовочных масс.

Литература:

1. Баженов Ю.М. Многокомпонентные мелкозернистые бетоны // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века.– 2001.– № 10. – С. 15.

2. Мирюк О.А. Магнезиальные композиции с использованием техногенных материалов // Технологии бетонов. – 2015. – № 5/6. – С. 9 – 13.