4.2. Синтез расширяющейся магнезиальной добавки на основе брусита 4.2.1. Изучение влияния температуры и фракционного состава брусита на возможность регулирования расширения магнезиальной добавкой

Существует несколько разновидностей усадки: -

усадка при гидратации (или внутреннем обезвоживании); -

усадка до схватывания в результате испарения влаги; -

гидравлическая усадка после схватывания; -

термическая усадка.

Усадка вызывает уменьшение размеров бетонной конструкции, что приводит к возникновению внутренних напряжений, образованию волосяных трещин (например, на границе раздела цементного теста и зерен заполнителя).

[7].

Получение расширяющихся и безусадочных цементов на основе оксида магния не получило распространения вследствие слабой изученности явления.

В данной работе проверяется возможность использования природного брусита (рис.4.37.), минерала подкласса гидроксидов Mg(OH)2, в качестве добавки к клинкеру и получения безусадочных цементов на ОАО "Теплоозерский цемент". Добавлять брусит к клинкеру предполагали с горячего конца печи (4x127м) в рекуператорный холодильник. Одним из возможных вариантов является подача брусита в лейки рекуператора. Продвигаясь по рекуператорам

вместе с клинкером, предположили, что брусит (Mg(OH)2) превратится в MgO, способный в дальнейшем при гидратации цемента оказать расширяющее

действие. л В зависимости от ОО крупности подаваемой О Mg(OH)2 фракции брусита, от температуры и о

^ о

CI v продолжительности 1 1 воздействия высоких —о температур, в готовом 4.0 16.0 24.0 32.0 40.0 48.0 56.0 64.0 цементе может происходить его недожог или пережог и Рис.

горячего конца печи, попадет на клинкер, поступающий в рекуператоры холодильника. Клинкер в этом участке имеет температуру около 1000 - 1100°С, так как продвигаясь по зоне охлаждения печи его температура понизилась с 1450° до 1000-1100°С. Время нахождения клинкера в холодильнике составляет примерно 10 мин. Предполагаем, что этого времени достаточно, чтобы брусит нагрелся и выделил гидратную воду, и кристаллы MgO не были пережжены.

Брусит фракции 30-40 мм раздробили в лабораторной щековой дробилке и разделили на фракции 10 и 1,25мм. Затем брусит обожгли в муфельной печи при температурах 800, 900, 1000°С с выдержкой 10 мин. Использовали две фракции брусита: первая от 10 до 1,25; вторая - меньше 1.25м, далее именуемые соответственно крупная и мелкая фракции.

При использовании расширяющих добавок необходимо учитывать условия, при которых возможно возникновение как расширения, так и самонапряжения в цементном камне [32]:

- соответствие во времени процессов структурообразования и расширения; -

присутствие в расширяющейся системе структурообразующего компонента (портландцемента, гипса или другого вяжущего); -

наличие расширяющегося компонента, как минимум на 3...5 сут. твердения; -

возможность получения подвижного раствора цемента при минимальном водо-твердом отношении, с целью обеспечения максимального контакта между отдельными частицами цемента. Гидратация расширяющегося компонента должна начинаться через 45- 60 мин после затворения цемента водой с целью предотвращения его загустевания.

Результаты ДТА использованы для определения оптимальных условий - температуры и продолжительности обжига брусита рис.4.38.

Дифференциально-термический анализ, выявил первый эндотермический максимум при 410°С, соответствующий разложению Mg(OH)2, второй небольшой

эндотермический максимум при 780°С, фиксирует разложение карбоната магния, третий при 900°С соответствует диссоциации примеси карбоната кальция. Mg(OH)2 ->Mg0 + H20 CaMg(C03)2 СаСОз + MgC03 MgC03 -*Mg0 + C02 СаСОз СаО + C02

Доля доломита, кальцита и магнезита по сравнению с бруситом относительно невелика, поэтому реакции их разложения протекают быстро и величины эндотермических эффектов незначительны.

Ниже приведены данные лабораторных исследований, выполненных с целью получения безусадочных цементов.

Обжиг фракций брусита проводили в лабораторной муфельной печи.

По данным рентгенофазового анализа (рис. 4.39.), разложение брусита мелкой фракции при нагревании начинается при 700°С (появляется отражение оксида магния d = 2,109; l,49lA). Оксид магния образуется при 700-800°С. оо г—

О Mg(OII)2 о MgO х CaMg(C03)2

Б

16.0 24.0 32.0 40.0 48.0 5ШГ 64.0

о

4.0

Рис. 4.39. Рентгенограммы продуктов обжига брусита мелкой фракции. А - 700°С; Б - 800°С.

При увеличении фракции брусита с 1,25 до 10мм, при 700°С (рис. 4.40.) наблюдается неразложившийся Mg(OH)2 (d= 4,780; 2,368; 1,797 А), при 800°С отмечается CaMg(C03)2 (d= 2,892; 1,491 А).

О

ГО

<-4

О

оо

О Mg(OII)2 О MgO

о о

X

4.0

16.0 24.0 32.0 40.0 48.0 56.0 64.0 Рис. 4.40, Рентгенограммы продуктов обжига брусита крупной фракции. А - 700°С; Б - 800°С.

Рентгенометрическая характеристика брусита при заданных температурах

Таблица 4.9. Интенсивности отражений Мелкая фракция брусита Крупная фракция брусита Т°С Mg(OH)2 MgO М s(OH)2 MgO Межпл.

А % Межпл.

А % Межпл.

А % Межпл.

А % 20 4,780 2,370 1,797 100 36 21,2 - - 4,780 2,370 1,797 100 36 21,2 - - 700 4,780 2,370 1,797 100 63,2 25,4 2,109 1,490 83,1 37,8 4,780 2,370 1,797 100 30 14 - - 800 - - 2,113 1,492 2,440 100 53 14 - - 2,107 1,492 2,440 100 43 12 900 - - 2,111 1,490 2,440 100 45 11,7 - - 2,109 1,490 2,437 100 46,2 11,6 1000 - - 2,109 1,491 2,435 100 41,6 12 - - 2,107 1,491 2,407 100 45,7 14,2 Данные анализа дифрактограмм брусита полученных при заданных температурах, приведены в табл. 4.9. Дальнейшее повышение температуры вызывает увеличение дифракционных отражений MgO.

Наблюдения неподверженного термической обработке и продуктов обжига брусита, при температурах от 500 до 900°С включительно, в поляризационном микроскопе в иммерсии показали изменения на кристаллах.

Дальнейшее нагревание до температуры 600°С вызывает помутнение кристаллов, с образованием большого числа мелких кристаллов (8 мкм) и наблюдаются отдельные крупные кристаллы с размером до бОмкм.

При 800°С кристаллы становится непрозрачными, происходит укрупнение кристаллов, и в дальнейшем можно наблюдать лишь за очертанием наружных граней. При 900°С отдельные кристаллы оксида магния образуют крупные до ЮОмкм скопления общей массы, размеры отдельных мельчайших кристаллов 2 - 4 мкм.