84
Вестник Инновационного Евразийского университета. 2014. № 4 ISSN 1729-536X
Si-О
4
, имеющих три общих кислорода и связанных попарно через свободные вершины алюминием
и гидроксилом.
При нагревании до 500°С каолин начинает терять воду с образованием активного метакаолина
Al
2
Si
2
O
7
, а при 925-1050°С может разлагаться с выделением тепла, образуя вначале шпинель Si
3
Al
4
O
12
,
а затем муллит Si
2
Al
6
O
13
и кристобалит SiO
2
- химически неактивные вещества.
Процесс химических преобразований при обжиге протекает не менее, чем 5 минут, как и процесс
разогрева обжигаемого материала, и зависит от крупности обжигаемого материала, времени обжига,
интенсивности теплообмена (тип печи) и температуры (т.е. температуры разогрева обжигаемого
материала и времени нахождения его в этом состоянии). Поэтому даже при температуре в диапазоне
925-1000°С имеется возможность подобрать такие параметры режима, при которых получится
требуемый результат и каолин не перейдет в химически неактивную форму.
Используемый в данном опыте метакаолин должен быть получен из каолина, термически
активированного в течение не менее 5 минут при температуре 500-1000°С, с содержанием не менее 60 %
частиц размером менее 10 мкм. В
качестве ингредиента, содержащего активный оксид магния,
компонент содержит каустический магнезит с массовой долей активного оксида магния от 0,7 до
0,95 или каустический доломит с массовой долей активного оксида магния от 0,15 до 0,23.
Смесь, в которую вводят модифицированный компонент, содержит солевой компонент
преимущественно в виде твердого кристаллогидрата или в виде водного раствора плотностью
1,1-1,35 кг/л солей сильных кислот и двух-трехвалентных металлов, по меньшей мере, одной из
следующих: хлористого магния MgCl, хлорного железа FeCl
2
, сульфата магния MgSO
4
.
Расчетные количества ингредиентов загружают в смеситель или в специальную емкость
с добавлением необходимого количества воды и тщательно перемешивают до получения однородной
массы. Массовая доля раствора солевого компонента в
смеси составляет не менее 9 %,
модифицированного компонента не менее 7 %, заполнители и наполнители остальное.
Метакаолин содержится в модифицированном компоненте магнезиального цемента в количестве
от 2 % до 50 % массы от количества оксида магния. Для получения метакаолина природный
алюмосиликат каолин подвергается термообработке в течение не менее 5 минут при температуре
500-1000°С, обеспечивающей дегидратацию, но сохраняющей структуру и не допускающей
преобразование метакаолина в неактивные минералы. Метакаолин для модификации компонента
магнезиального цемента берется с 60 %-ным содержанием частиц размером менее 10 мкм, в большинстве
случаев не более 3 мкм [8].
В результате получается готовый к употреблению раствор или бетон. Изготовление пола или иных
конструкций или изделий производится путем налива раствора на подготовленную соответствующим
образом поверхность или в форму и, при необходимости, его разравнивания и уплотнения. В течение
первых суток достигается 30-50 % прочность конструкции или изделия, что позволяет извлекать изделие
из формы или свободно передвигаться по поверхности конструкции. Полная нормированная прочность
и показатели качества затвердевшего раствора (бетона) достигаются через 28 суток. При этом прочность
сцепления с бетоном основания может превышать его прочность при растяжении.
Приведем опыт на примере изготовления магнезиального бетона. Для изготовления
магнезиального бетона было взято 9 кг 15 % раствора хлористого магния плотностью 1,149 кг/л, 10,4 кг
модифицированного компонента, содержащего каустический магнезит с массовой долей 0,75 оксида
магния и содержанием метакаолина в
количестве 27 % от массы последнего, 25,2 кг песка фракции
0,1-5
мм, 55,4 кг щебня гранитного фракции 5-20 мм и 0,05 кг сульфированной
нафталиноформальдегидной смолы. Метакаолин представляет собой термически активированный
в течение 20 минут при температуре 800°С каолин с содержанием 65 % частиц размером менее 10 мкм.
Все ингредиенты были загружены в смеситель и тщательно перемешаны до однородной массы.
Подвижность свежеприготовленной бетонной смеси составила 7,5 см осадка конуса. Прочность
затвердевшего бетона из данной смеси при сжатии 44,4 МПа через 28 суток с начала затвердевания,
прочность в водонасыщенном виде изделия из данной смеси 45,3 МПа (водостойкость 102 %), прочность
сцепления с бетоном основания 2,1 МПа (смешанное разрушение по границе с бетоном и по бетону
основания). Расслаиваемость не превышала 3 %. Высолы отсутствовали.
Наличие метакаолина в качестве модифицирующей активной минеральной добавки в композиции
ингредиентов магнезиального цемента ведет к образованию водостойких и обладающих вяжущими
свойствами алюмосиликатов магния параллельно с
образованием неводостойких оксихлоридов или
оксисульфатов магния. В результате повышение водостойкости не сопровождается снижением
характеристик изделий в сухом виде, в частности, коэффициент водостойкости возрастает с 45-55 % до
90-110 % при добавлении метакаолина, без заметного снижения прочности бетона в сухом виде по
сравнению с составами без метакаолина. Это можно объяснить тем, что гидроалюмосиликаты магния
обладают вяжущими свойствами. Также использование метакаолина в
качестве модифицирующей
добавки повышает седиментационную стойкость модифицированных магнезиальных бетонов
и растворов. Этому способствует размер частиц метакаолина (менее 10 микрон). Таким образом,
метакаолин является идеальной добавкой для модификации компонента магнезиального цемента, так как
он практически на 100 % состоит из силиката алюминия, имеет равномерный состав и структуру