Строительство и архитектура /4. Современные строительные материалы

Мирюк О.А. , д.т.н.

Рудненский индустриальный институт, Казахстан

Магнезиальные композиции

с волокнистым техногенным заполнителем

Магнезиальные вяжущие выгодно отличаются высокой прочностью сцепления с древесным заполнителем. Это положено в основу технологии материалов на древесном заполнителе: ксилолита, фибролита, арболита.

Ассортимент магнезиальных вяжущих расширяется за счет смешанных материалов на основе каустического магнезита и минеральных техногенных наполнителей, сульфомагнезиальных композиций [1,2].

Техногенные волокнистые материалы представлены обширной группой отходов различного строения и состава. Наряду с фибрами растительного происхождения, практический интерес представляют бумажная макулатура, полимерные волокна мешочной тары.

Изменение состава вяжущего и волокнистых заполнителей вызывает необходимость исследования композиций на их основе.

Цель работы: исследование влияния вещественного состава магнезиальных вяжущих на свойства композиций волокнистой структуры.

В качестве вяжущих использованы смеси каустического магнезита с техногенным силикатных наполнителем (силикатномагнезиальное вяжущее) и со строительным гипсом (сульфомагнезиальное вяжущее). Композиции, содержащие волокнистые частицы различного происхождения, затворяли раствором хлорида магния плотностью 1220 кг/м³.

Предварительные исследования композиций на основе магнезиального вяжущего с 30% техногенного компонента (таблица 1) выявили особенности состояния масс и условий получения композиций. Наибольшей технологичностью характеризуются древесные опилки предпочтительно малых по размеру фракций.

Таблица 1 – Влияние вида волокнистого компонента на свойства композиции

Вид заполнителя	Размер частиц, мм	Жидкое: твердое	Средняя плотность, кг/м³	Предел прочности при сжатии, МПа
Опилки	0,63 – 0,315	0,38	1488	17
Опилки	1,25 – 0,63	0,30	1557	20
Лузга	1,25 – 0,63	0,30	1771	10
Макулатура	3,00 – 13,0,	0,43	1939	15

Пшеничная лузга характеризуется низкой смачиваемостью, активным последействием частиц, особенно размером свыше 2,5 мм. Это во многом предопределило низкие показатели прочности материалов на основе лузги.

Для распушивания бумажной макулатуры требуется длительное выдерживание и интенсивное перемешивание в жидкости затворения.

Пшеничная лузга и бумажная макулатура требуют особых условий подготовки, что снижает технологические свойства формовочных масс.

Исследование силикатномагнезиальных композиций, отличающихся размером древесных частиц (таблица 2) выявило зависимость плотности и прочности от размера растительных фибр. Использование волокнистого компонента с малыми размерами частиц способствует уплотнению структуры за счет сокращения межволокнистой пустотности. Целесообразно сочетание различных фракций, позволяющее регулировать структурные характеристики композиций.

Для приготовления композиций (таблицы 1 и 2) использовано смешанное вяжущее с 70% техногенного компонента, поэтому прочностные показатели материалов невелики. Сравнительная оценка свойств композиций на основе вяжущих различного состава (таблица 3) свидетельствует о высокой чувствительности прочности волокнистых структур к составу связующего. При переходе к смешанным вяжущим снижается расход затворителя в результате сокращения удельной поверхности частиц при сокращении доли каустического магнезита, обладающего низкой плотностью по сравнению с техногенными наполнителями.

Таблица 2 – Влияние размера древесных частиц на свойства композиции

Размер частиц, мм	Жидкое: твердое	Средняя плотность, кг/м³	Предел прочности при сжатии, МПа, в возрасте, сут
			2	28
5,0 – 2,5	0,43	910	7	10
2,5 – 1,25	0,45	860	5	8
1,25 – 0,63	0,43	1100	6	11
0,63 – 0,14	0,61	1380	6	15
2,5 – 0,63	0,55	1250	9	14
0,63 – 0,14 2,5 – 0,63	0,55	1300	7	10
0,63 – 0,14 5,0 – 2,5	0,48	1325	9	16

Таблица 3 – Влияние состава вяжущего на свойства композиции

Содержание техногенного компонента в вяжущем, %	Фракция древесных частиц, мм	Жидкое; твердое	Средняя плотность, кг/м³	Коэффициент водостойкости	Предел прочности, МПа, при
					изгибе	сжатии
0	1,25 – 0,63	0,43	1558	0,45	15	46
0	0,63 – 0,14	0,43	1754	0,43	13	46
0	2,5 – 1,25	0,43	1617	0,38	17	50
30	1,25 – 0,63	0,30	1627	0,55	14	38
30	0,63 – 0,14	0,32	1860	0,63	15	39
30	2,5 – 1,25	0,35	1695	0,57	16	48
50	1,25 – 0,63	0,28	1731	0,72	13	30
50	0,63 – 0,14	0,27	1895	0,81	14	28
50	2,5 – 1,25	0,27	1705	0,75	15	31

Средняя плотность композиций на смешанных вяжущих имеет тенденцию роста, что повышает массу изделий. Это результат введения техногенного наполнителя с высокой плотностью. По мере сокращения в вяжущем каустического магнезита снижается прочность композиций, несмотря на рост значений плотности. Такое изменение связано с составом гидратов: снижение доли кристаллического гидрооксихлорида магния, образование аморфных гидросиликатов магния и других. Снижение прочности при сжатии более выразительно, снижение значений прочности при изгибе несущественно.

Преимуществом композиций на смешанном вяжущем является повышенная водостойкость. Структура композиций (рисунки 1 и 2) характеризуется высокой адгезией камня смешанного вяжущего к древесным частицам.

Рисунок 1 – Структура волокнистой композиции из смешанного вяжущего

Рисунок 2 – Микроструктура композиции с древесными частицами

Сопоставление характеристик композиций с различными фракциями древесных частиц позволило выделить области рациональных рецептур.

Установлено, что увеличение степени армирования волокнами до 4% по объему приводит к снижению удобоукладываемости формовочной смеси. Прочность образцов при изгибе в зависимости от состава компонентов для неармированных образцов составила 10 – 14 МПа. Для образцов с армированием 2 и 4% достигнуты значения прочности 15 и 18 МПа соответственно.

Особенностью исследуемых волокнистых частиц является то, что при введении в смесь и дальнейшем перемешивании волокна разрушаются – длина уменьшается, а количество в единице объема увеличивается. В зависимости от технологического воздействия изменяется средняя длина волокон.

Доказано преимущество сочетания каустического магнезита с различной долей сульфата кальция полуводного (строительный гипс) [2].

Исследованы композиции из различных по составу сульфомагнезиальных вяжущих с содержанием древесных частиц фракции «0,63 – 0,315» мм и добавкой пенообразующего компонента (таблица 4).

Регулирование содержания затворителя, введение порообразующего компонента позволяют получать композиции пониженной плотности, обладающие технологичностью при формовании, однородностью строения.

Сульфомагнезиальные поризованные композиции могут служить основой для разработки рецептур для получения листового материала.

Исследование влияние способа приготовления формовочных масс выявило, что композиционные материалы волокнистой структуры на основе техногенных фибр различного вида и происхождения целесообразно подвергать интенсивной механической обработке в жидкой среде затворителя для деагрегации волокнистых кластеров, разрушения части волокон и образования суспензии с тонкими взвесями, которая обладает связующей и микроармирующей способностью.

Таблица 4 – Свойства сульфомагнезиальных композиций

с древесными частицами

Содержание строительного гипса, %	Концентрация пенообразователя, %	Жидкое: твердое	Состояние массы	Средняя плотность, кг/м³	Предел прочности при сжатии, МПа
0	0	0,72	пластичная	1163	20
20	0	0,52	пластичная	1116	18
0	0	1,10	пульпа	990	12
20	0	0,91	пульпа	960	9
0	2	1,10	пульпа	755	6
20	2	0,91	пульпа	860	4

Вывод. Доказана возможность получения композитов волокнистой структуры из смешанных магнезиальных вяжущих и техногенного древесного заполнителя.

Получены силикатномагнезиальные и сульфомагнезиальные композиции на основе древесного заполнителя с высокой адгезией к техногенным фибрам. Свойства волокнистых композитов плотностью 800 – 1800 кг/м³ и прочностью 10 – 40 МПа проявляют зависимость от вида смешанного вяжущего, содержания и размеров частиц техногенного заполнителя.

Литература:

1.Зырянова В.Н., Лыткина Е.В., Бердов Г.И. Повышение механической прочности и водостойкости магнезиальных вяжущих веществ при введении минеральных наполнителей // Известия вузов. Строительство. –2010. – №3. – С. 21–27.

2. Мирюк О.А. Смешанные магнезиальные вяжущие. – LAP LAMBERT Academic Publishing. –2014. – 128 с.