Помощь студентам в учебе
Регулирование кинетики схватывания и твердения магнезиальных вяжущих
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 8
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1 Актуальность регулирования кинетики твердения магнезиальных
вяжущих 9
1.2. Магнезиальные вяжущие и требования к ним 11
Е2.Е Сырье 12
1.2.2. Способы получения магнезиальных вяжущих 15
1.2.3. Основные характеристики порошков магнезиальных
каустических 17
1.2.4. Влияние технологических факторов на состав и свойства магнезиального порошка 21
1.3. Процессы, протекающие при твердении магнезиальных вяжущих. 27
1.3.2. Основные процессы, происходящие при твердении
магнезиальных вяжущих Error! Bookmark not defined.
1.3.3. Твердение магнезиального вяжущего разной активности при
затворении хлоридом магния Error! Bookmark not defined.
1.4. Способы регулирования свойств магнезиальных вяжущих 32
1.4.1. Регулирование сроков схватывания по средствам добавок 32
1.4.2. Регулирование сроков схватывания путем изменения активности
вяжущего на стадии производства 35
1.5. Выводы по литературному обзору 36
ЦЕЛЬ РАБОТЫ 37
2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И МАТЕРИАЛЫ 38
2.1. Физико-механические методы испытаний 38
2.2. Достоверность полученных результатов 38
2.3. Математическое планирование эксперимента 38
2.4. Физико-химические методы испытаний 41
2.5. Исходные материалы 43
2.5.1. Магнезит кальцинированный молотый (МКМ) 43
2.5.2. Хлорид магния шестиводный (бишофит) 43
2.5.3. Добавки 44
3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ 46
3.1. Исследование свойств магнезиальных вяжущих 46
3.2. Предварительный эксперимент 47
3.3. Исследование физико-механических свойств магнезиальных
композиций с добавкой тетрабората натрия 50
3.4. Испытание на склонность к трещинообразованию 58
3.5. Исследование физико-химических процессов, происходящих при твердении магнезиальных композиций с добавкой тетрабората натрия 60
3.5.1 Исследование физико-химических процессов твердения с
помощью калориметрии 60
3.5.2 Исследование минералогического состава продуктов твердения с
помощью дериватографии и рентгенофазового анализа 61
3.6. Выводы по исследовательской части 72
4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 74
4.1 Существующая технологическая схема 74
4.2. Введение добавки на стадии производства 75
5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 77
6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 79
6.1 Краткое описание рассматриваемой работы 79
6.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов 80
6.3 Выбор нормативных значений факторов рабочей среды 80
6.3.1 Микроклимат рабочей зоны 80
6.3.2 Запыленность и загазованность рабочей зоны 82
4.3.3 Освещение рабочей зоны 83
4.3.4 Шум на рабочем месте 85
4.3.5 Вибрация на рабочем месте 86
4.4 Безопасность производственных процессов и оборудования 89
4.5 Электробезопасность 91
4.6 Пожаробезопасность 93
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 95
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 99
ВВЕДЕНИЕ 8
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1 Актуальность регулирования кинетики твердения магнезиальных
вяжущих 9
1.2. Магнезиальные вяжущие и требования к ним 11
Е2.Е Сырье 12
1.2.2. Способы получения магнезиальных вяжущих 15
1.2.3. Основные характеристики порошков магнезиальных
каустических 17
1.2.4. Влияние технологических факторов на состав и свойства магнезиального порошка 21
1.3. Процессы, протекающие при твердении магнезиальных вяжущих. 27
1.3.2. Основные процессы, происходящие при твердении
магнезиальных вяжущих Error! Bookmark not defined.
1.3.3. Твердение магнезиального вяжущего разной активности при
затворении хлоридом магния Error! Bookmark not defined.
1.4. Способы регулирования свойств магнезиальных вяжущих 32
1.4.1. Регулирование сроков схватывания по средствам добавок 32
1.4.2. Регулирование сроков схватывания путем изменения активности
вяжущего на стадии производства 35
1.5. Выводы по литературному обзору 36
ЦЕЛЬ РАБОТЫ 37
2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И МАТЕРИАЛЫ 38
2.1. Физико-механические методы испытаний 38
2.2. Достоверность полученных результатов 38
2.3. Математическое планирование эксперимента 38
2.4. Физико-химические методы испытаний 41
2.5. Исходные материалы 43
2.5.1. Магнезит кальцинированный молотый (МКМ) 43
2.5.2. Хлорид магния шестиводный (бишофит) 43
2.5.3. Добавки 44
3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ 46
3.1. Исследование свойств магнезиальных вяжущих 46
3.2. Предварительный эксперимент 47
3.3. Исследование физико-механических свойств магнезиальных
композиций с добавкой тетрабората натрия 50
3.4. Испытание на склонность к трещинообразованию 58
3.5. Исследование физико-химических процессов, происходящих при твердении магнезиальных композиций с добавкой тетрабората натрия 60
3.5.1 Исследование физико-химических процессов твердения с
помощью калориметрии 60
3.5.2 Исследование минералогического состава продуктов твердения с
помощью дериватографии и рентгенофазового анализа 61
3.6. Выводы по исследовательской части 72
4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 74
4.1 Существующая технологическая схема 74
4.2. Введение добавки на стадии производства 75
5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 77
6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 79
6.1 Краткое описание рассматриваемой работы 79
6.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов 80
6.3 Выбор нормативных значений факторов рабочей среды 80
6.3.1 Микроклимат рабочей зоны 80
6.3.2 Запыленность и загазованность рабочей зоны 82
4.3.3 Освещение рабочей зоны 83
4.3.4 Шум на рабочем месте 85
4.3.5 Вибрация на рабочем месте 86
4.4 Безопасность производственных процессов и оборудования 89
4.5 Электробезопасность 91
4.6 Пожаробезопасность 93
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 95
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 99
В последнее время во всем мире наблюдается рост интереса в строительных материалах на основе магнезиальных вяжущих. Магнезиальные порошки получают путем помола продуктов обжига горных пород богатых содержанием магнезиальной составляющей. Высокомагнезиальными породами являются брусит, магнезит и доломит. В процессе обжига и декарбонизации магнезита или дегидратации брусита получается оксид магния, активность которого зависит от режимов обжига. Состав и свойства этого вяжущего были описаны еще в середине XX века французским инженером Сорелем, положившим начало его применению в строительстве.
Уникальностью магнезиальных вяжущих является его вяжущие свойства, в сочетании с совместимостью практически с любыми видами заполнителей, с цементом Сореля даже могут использоваться органические заполнители, например, опилки. Также у материалов, на основе магнезиальных вяжущих высокие прочностные характеристики. Кроме того, магнезиальные вяжущие обладают большим потенциалом улучшения их качества, снижения себестоимости и повышения энергоэффективности производства.
Известно, что наиболее простой способ регулирования свойств магнезиальных вяжущих порошков, это изменение температуры обжига, времени изотермической выдержки или введение специальных добавок интенсификаторов в шихту перед обжигом. Однако, управлять сроками схватывания и твердения достаточно сложно, возможно использование добавок замедлителей разного действия, или введение добавок пластификаторов в смесь. Следует заметить, что регулирование свойств магнезиального камня уже непосредственно перед замесом довольно сложная задача.
Решением поставленной задачи может служить изучение влияния добавок на свойства магнезиальных композиций.
Уникальностью магнезиальных вяжущих является его вяжущие свойства, в сочетании с совместимостью практически с любыми видами заполнителей, с цементом Сореля даже могут использоваться органические заполнители, например, опилки. Также у материалов, на основе магнезиальных вяжущих высокие прочностные характеристики. Кроме того, магнезиальные вяжущие обладают большим потенциалом улучшения их качества, снижения себестоимости и повышения энергоэффективности производства.
Известно, что наиболее простой способ регулирования свойств магнезиальных вяжущих порошков, это изменение температуры обжига, времени изотермической выдержки или введение специальных добавок интенсификаторов в шихту перед обжигом. Однако, управлять сроками схватывания и твердения достаточно сложно, возможно использование добавок замедлителей разного действия, или введение добавок пластификаторов в смесь. Следует заметить, что регулирование свойств магнезиального камня уже непосредственно перед замесом довольно сложная задача.
Решением поставленной задачи может служить изучение влияния добавок на свойства магнезиальных композиций.
1. В настоящее время производители строительных материалов нуждаются в исследованиях способов регулирования свойств магнезиальных вяжущих, а именно — в возможности использования уже заранее отрегулированных смесей, которую могут обеспечить заводы по производству магнезиальных вяжущих на стадии производства порошков магнезиальных каустических, наиболее перспективным решением является использование добавок-замедлителей кинетики твердения.
2. Наиболее удобным сроком начала схватывания для стекломагнезиальных листов будет 100 минут и более, так как смесь должна быть полностью выработана без потери удобоукладываемости, при этом потеря прочности в проектном возрасте должна быть минимальна. Для сухих строительных смесей наиболее актуальными будут большие сроки начала схватывания: 200 минут и более, так как на стройке скорость использования смеси может обозначаться разными временными рамками и для обеспечения большей «живучести» смеси нуждаются в долгом схватывании.
По итогам проделанной работы выяснилось, стекломагнезиальных листов эффективно использовать все порошки вяжущих с активностью в исследуемом диапазоне, при этом дозировки добавки тетрабората натрия составят:
- для порошка вяжущего с началом схватывания 30 минут — от 4,75 до 5%;
- для порошка вяжущего с началом схватывания 35 минут — от 1 до 1,5%;
- порошки с началом схватывания 40 минут не рекомендуется использовать в связи с недостижением необходимой прочности.
Для сухих строительных смесей искусственный камень с требуемыми фи¬зико-механическими показателями можно получить, используя порошки с ак¬тивностью, характеризующейся сроком начала схватывания 30–32 минут, со¬держание добавки, замедляющей сроки схватывания, может быть от 3,2 до 5%.
Однако, если снизить планку требуемой прочности до 40 МПа, границы использования вяжущих разной активности становятся намного шире, в частности, появляется возможность более гибкого регулирования свойств низкоактивных магнезиальных порошков.
3. Условная активность вяжущего в исследуемом диапазоне незначительно снижает предел прочности при сжатии на 3 сутки твердения, в то же время увеличение содержания добавки до 5% снижает предел прочности при сжатии более чем в 2 раза в связи со значительным замедлением процессов гидратации. По этому графику видно, что 5% добавки — это максимальная дозировка, так как в связи с сильным эффектом замедления твердения прочность искусственного магнезиального камня в проектном возрасте будет крайне низкой. Возможно, при значительном замедлении кинетики твердения вследствие удаления влаги из магнезиальной композиции, например, по причине ее испарения, процессы гидратации магнезиального вяжущего остановятся и требуемые физико-механические характеристики материала так и не будут достигнуты.
4. Содержание добавки до 2,5% влияет в приемлемых пределах на замедление гидратации (прочностные характеристики снижаются не более чем на 15%), что дает возможность использовать такие смеси в строительных целях.
5. Присутствие фаз, представленных пентаоксигидрохлоридом магния и триоксигидрохлоридом магния, объясняется повышенной плотностью затворителя и, как следствие, большим усвоением оксидом магния бишофита, также следует заметить, что пентаоксигидрохлорида магния больше, чем триоксигидрохлорида магния, эта тенденция сохраняется во всех исследуемых образцах. Данная закономерность объясняется тем, что в начальные сроки твердения вяжущего добавка препятствует его образованию посредством ограничения доступа раствора бишофита, а точнее воды, к зерну вяжущего. В последующем увеличение фаз пентаоксигидрохлорида можно объяснить тем, что концентрация хлорида магния увеличивается в связи с частичным испарением воды из материала. Наличие более стабильных пентаоксигидрохлорида и триоксигидрохлорида обеспечивают повышенную трещиностойкость материала.
6. Или
С ростом концентрации добавки буры наблюдается увеличение количества в магнезиальном камне пентаоксигидрохлорида и триоксигидрохлорида магния, однако при больших дозировках тетрабората натрия общее количество гидратных фаз уменьшается;
a. при небольших концентрациях добавки наблюдается положительный эффект, выраженный в образовании более стабильных фаз, придающих материалу на основе активного вяжущего повышенное сопротивление к трещинообразованию, однако при значительных концентрациях добавки проявляется обратный отрицательный эффект неполной гидратации активного оксида магния, который может повлечь за собой образование сквозных трещин;
b. при повышенных дозировках добавки одновременно с увеличением присутствия пентаоксигидрохлорида и триоксигидрохлорида магния наблюдается значительное уменьшение составляющей, представленной гидроксидом магния, что положительно сказывается на стойкости к трещинообразованию, так как известно, что гидроксид магния легкорастворим;
c. при значительных дозировках тетрабората натрия у некоторых вяжущих возможно возникновение отрицательного эффекта, а именно появление трещин сквозного характера, это можно объяснить тем, что оксид магния, содержащийся в магнезиальном порошке, не успевает полностью провзаимодействовать с бишофитом в силу сильного эффекта замедления процессов твердения. Снижение степени гидратации магнезиального вяжущего подтверждается уменьшением потерь при прокаливании. Вследствие последующей гидратации частицы периклаза резко увеличиваются в объеме (примерно в 2,17 раза), это и оказывает разрушающее воздействие на материал.
7. Судя по полученным результатам, на рентгенограммах высота всех гидратационных пиков снижается при одновременном их уширении, что свидетельствует об формировании менее закристаллизованных гидратных фаз: как гидрооксихлоридов, так и гидроксида магния.
8. Наиболее удобным, с точки зрения технологической простоты реализации, будет введение добавки-замедлителя в вяжущее на стадии производства. На существующем заводе ОАО Комбинат «Магнезит» (г. Сатка Челябинской области) производственные мощности позволяют разместить в существующей технологической линии оборудование для введения добавки буры в обожженное сырье непосредственно перед измельчением, это позволит добиться лучшего распределения добавки тетрабората натрия по всему объёму магнезиального порошка.
2. Наиболее удобным сроком начала схватывания для стекломагнезиальных листов будет 100 минут и более, так как смесь должна быть полностью выработана без потери удобоукладываемости, при этом потеря прочности в проектном возрасте должна быть минимальна. Для сухих строительных смесей наиболее актуальными будут большие сроки начала схватывания: 200 минут и более, так как на стройке скорость использования смеси может обозначаться разными временными рамками и для обеспечения большей «живучести» смеси нуждаются в долгом схватывании.
По итогам проделанной работы выяснилось, стекломагнезиальных листов эффективно использовать все порошки вяжущих с активностью в исследуемом диапазоне, при этом дозировки добавки тетрабората натрия составят:
- для порошка вяжущего с началом схватывания 30 минут — от 4,75 до 5%;
- для порошка вяжущего с началом схватывания 35 минут — от 1 до 1,5%;
- порошки с началом схватывания 40 минут не рекомендуется использовать в связи с недостижением необходимой прочности.
Для сухих строительных смесей искусственный камень с требуемыми фи¬зико-механическими показателями можно получить, используя порошки с ак¬тивностью, характеризующейся сроком начала схватывания 30–32 минут, со¬держание добавки, замедляющей сроки схватывания, может быть от 3,2 до 5%.
Однако, если снизить планку требуемой прочности до 40 МПа, границы использования вяжущих разной активности становятся намного шире, в частности, появляется возможность более гибкого регулирования свойств низкоактивных магнезиальных порошков.
3. Условная активность вяжущего в исследуемом диапазоне незначительно снижает предел прочности при сжатии на 3 сутки твердения, в то же время увеличение содержания добавки до 5% снижает предел прочности при сжатии более чем в 2 раза в связи со значительным замедлением процессов гидратации. По этому графику видно, что 5% добавки — это максимальная дозировка, так как в связи с сильным эффектом замедления твердения прочность искусственного магнезиального камня в проектном возрасте будет крайне низкой. Возможно, при значительном замедлении кинетики твердения вследствие удаления влаги из магнезиальной композиции, например, по причине ее испарения, процессы гидратации магнезиального вяжущего остановятся и требуемые физико-механические характеристики материала так и не будут достигнуты.
4. Содержание добавки до 2,5% влияет в приемлемых пределах на замедление гидратации (прочностные характеристики снижаются не более чем на 15%), что дает возможность использовать такие смеси в строительных целях.
5. Присутствие фаз, представленных пентаоксигидрохлоридом магния и триоксигидрохлоридом магния, объясняется повышенной плотностью затворителя и, как следствие, большим усвоением оксидом магния бишофита, также следует заметить, что пентаоксигидрохлорида магния больше, чем триоксигидрохлорида магния, эта тенденция сохраняется во всех исследуемых образцах. Данная закономерность объясняется тем, что в начальные сроки твердения вяжущего добавка препятствует его образованию посредством ограничения доступа раствора бишофита, а точнее воды, к зерну вяжущего. В последующем увеличение фаз пентаоксигидрохлорида можно объяснить тем, что концентрация хлорида магния увеличивается в связи с частичным испарением воды из материала. Наличие более стабильных пентаоксигидрохлорида и триоксигидрохлорида обеспечивают повышенную трещиностойкость материала.
6. Или
С ростом концентрации добавки буры наблюдается увеличение количества в магнезиальном камне пентаоксигидрохлорида и триоксигидрохлорида магния, однако при больших дозировках тетрабората натрия общее количество гидратных фаз уменьшается;
a. при небольших концентрациях добавки наблюдается положительный эффект, выраженный в образовании более стабильных фаз, придающих материалу на основе активного вяжущего повышенное сопротивление к трещинообразованию, однако при значительных концентрациях добавки проявляется обратный отрицательный эффект неполной гидратации активного оксида магния, который может повлечь за собой образование сквозных трещин;
b. при повышенных дозировках добавки одновременно с увеличением присутствия пентаоксигидрохлорида и триоксигидрохлорида магния наблюдается значительное уменьшение составляющей, представленной гидроксидом магния, что положительно сказывается на стойкости к трещинообразованию, так как известно, что гидроксид магния легкорастворим;
c. при значительных дозировках тетрабората натрия у некоторых вяжущих возможно возникновение отрицательного эффекта, а именно появление трещин сквозного характера, это можно объяснить тем, что оксид магния, содержащийся в магнезиальном порошке, не успевает полностью провзаимодействовать с бишофитом в силу сильного эффекта замедления процессов твердения. Снижение степени гидратации магнезиального вяжущего подтверждается уменьшением потерь при прокаливании. Вследствие последующей гидратации частицы периклаза резко увеличиваются в объеме (примерно в 2,17 раза), это и оказывает разрушающее воздействие на материал.
7. Судя по полученным результатам, на рентгенограммах высота всех гидратационных пиков снижается при одновременном их уширении, что свидетельствует об формировании менее закристаллизованных гидратных фаз: как гидрооксихлоридов, так и гидроксида магния.
8. Наиболее удобным, с точки зрения технологической простоты реализации, будет введение добавки-замедлителя в вяжущее на стадии производства. На существующем заводе ОАО Комбинат «Магнезит» (г. Сатка Челябинской области) производственные мощности позволяют разместить в существующей технологической линии оборудование для введения добавки буры в обожженное сырье непосредственно перед измельчением, это позволит добиться лучшего распределения добавки тетрабората натрия по всему объёму магнезиального порошка.
