УСТАНОВЛЕНИЕ ПРОБЛЕМ ПРОИЗВОДСТВА СТЕКЛО-МАГНЕЗИАЛЬНЫХ ЛИСТОВ И МОДИФИЦИРОВАНИЕ ИХ СОСТАВОВ НА ОСНОВЕ ВЯЖУЩЕГО

В статье представлены результаты модифицирования составов стекло-магнезиальных листов с введением перлита, который играет роль легкого огнестойкойкого наполнителя, не подверженного набуханию. В качестве затворителя принят бишофит, а для снижения гигроскопичности разрабатываемых листов на основе хлормагнезиальной композиции использовали оксид трехвалентного железа в виде никелевого шлака.

Вследствие проведенного анализа устранили причины, сдерживающие развитие производства стекло-магнезиальных листов в РК.

Введение. Стекло-магнезиальные листы (СМЛ) появились на казахстанском рынке относительно недавно, как импортный продукт из Китая, но постепенно производство этого материала открылось и на территории РФ. Это композиционный листовой отделочный материал на основе магнезиального вяжущего, наполненная легкими заполнителями, поризованная технической пеной и армированная стеклосеткой [5,6]. Листы твердеют в естественных условиях и уже в 1-3 сутки набирают требуемую прочность, что позволяет отнести их к разряду энергоэффектвных материалов. СМЛ производят по технологической схеме, приведенной на рис.1. При этом может использоваться как линия со смесителем периодического, так и непрерывного действия.

Рис. 1 Технологическая схема производства стекло-магнезиальных листов

Благодаря своему композитному строению СМЛ обладает многими положительными характеристиками, но из-за нестабильного качества и других технологических проблем [1,4] начало его производства в настоящее время замедляется, что делает разработки в этой области своевременными и актуальными.

Цель исследования. Целью исследования является произвести анализ и устранить причины, сдерживающих развитие конкурентоспособности стекло-магнезиальных листов в РК. Такими причинами на наш взгляд являются:

а) отсутствие единых нормативных документов на производство и применение стекломагнезиальных листов;

б) нестабильность свойств магнезиального вяжущего казахстанского производства;

в) набухание и коробление СМЛ при длительном увлажнении и низкая долговечность при эксплуатации во влажных условиях;

г) выделение вредных и опасных веществ в условиях пожара;

д) отсутствие специально разработанных комплексных систем монтажа.

Методы исследования. а) отсутствие единых нормaтивных документов на производство и применение стекло-магнезиальных листов;

Основной проблемой задержки производства СМЛ является отсутствие на них в РК единых нормативных документов. В связи с этим, нет единых методов испытания стекло-магнезиaльных листов, единых требовaний к их свойствам и к свойствам сырьевых материалов, различными производителями по-разному трaктуются технические термины. Такая ситуация дезориентирует потребителя, зaтрудняет срaвнение характеристик листов рaзных производителей [5].

Технические характеристики СМЛ разных производителей очень сильно различаются между собой не только по показателям свойств материалов, но и по самим нормируемым характеристикам материала. В связи с этим, необходимо создание и принятие единого нормативного документа, согласно которому СМЛ будут производиться и использоваться на территории РК.

б) Нестабильность сроков схватывания и некоторых других свойств магнезиального вяжущего казахстанского производства.

Вне зависимости от используемого сырья, сроки схватывания вяжущего могут изменяться в широком диапазоне. Установлено, что недостаточная сохраняемость подвижности смеси, обусловленная быстрым схватыванием магнезиального вяжущего, является причиной до 50% брака при производстве СМЛ. Эту проблему можно решить введением непрерывной технологии производства или регулированием сроков схватывания магнезиального вяжущего добавками, что позволит увеличить сохраняемость подвижности смеси, используемой на технологических линиях периодического действия. Применяя замедлители схватывания, к которым относятся бихромат натрия, хлорид марганца, можно увеличить время живучести смеси до 160 минут. Однако использование замедлителей схватывания зачастую приводит к снижению прочности готовых листов.

Устраняется этот негативный эффект дополнительным введением добавок, таких как хлорид железа, сульфат железа, хлорид натрия. Ускорители твердения и замедлители схватывания могут использоваться и отдельно, изменяя свойства магнезиального вяжущего при необходимости. В каждом отдельном случае вид добавки, ее дозировка должны определяться индивидуально, исходя из свойств исходного сырья.

в) Набухание и коробление СМЛ при длительном увлажнении и низкая долговечность при эксплуатации во влажных условиях.

Как известно, магнезиальное вяжущее не является водостойким вяжущим, однако производители листов указывают, что коэффициент их размягчения составляет более 0,8, что характеризует СМЛ как водостойкий материал, который можно применять в помещениях любой влажности (в т.ч. душевых, банях, и т.д.). Связано это с тем, что высокую прочность листов при изгибе обеспечивают стеклосетка и прочность ее сцепления с основным слоем СМЛ.

Опыт показывает, что при однократном насыщении в процессе испытания листов на водостойкость по стандартной методике сцепление сетки с основным слоем практически не нарушается и предел прочности при изгибе стекломагнезиальных листов снижается незначительно. В реальных условиях, в процессе эксплуатации при длительном и/или многократном увлажнении и высушивании довольно гигроскопичного материала происходит растворение и вымывание из магнезиального камня гидрооксида магния и разложение гидрооксихлоридов магния, что ведет к снижению прочности основного слоя и прочности сцепления основного слоя со стеклосеткой. Это значительно снижает предел прочности при изгибе, а также вызывает набухание и коробление СМЛ (рис.2).

Рис. 2 Фотографии некачественных стекло-магнезиальных листов после длительной эксплуатации в условиях высокой влажности (около 90%)

Таким образом, «обычный» СМЛ нельзя применять во влажных помещениях, а методику оценки водостойкости СМЛ необходимо пересмотреть. Одним из способов повышения стойкости СМЛ при эксплуатации во влажных условиях является покрытие листов со всех сторон водонепроницаемыми составами.  Кроме этого, существуют другие способы повышения водостойкости за счет введения компонентов-добавок, связывающих гидроксид магния в нерастворимые силикаты магния, такими добавками являются: доменные шлаки, золы ТЭС, микрокремнезем и др. [3]. Повышение водостойкости магнезиального вяжущего эффективно осуществляется путем введения в сырьевую смесь веществ, содержащих ионы трехвалентного железа и других модифицирующих добавок [2]. Эти добавки также позволяют снизить гигроскопичность стекломагнезиальных листов.

г) Выделение вредных и опасных веществ в условиях пожара.

Также как и вода, огонь разрушает СМЛ, в связи с этим, перспективным направлением для их модификации является получение «противопожарных» листов, негорючих, не выделяющих при высоких температурах вредных веществ, препятствующих распространению огня, защищающих конструкционные элементы от воздействия высоких температур. В «обычных» СМЛ в качестве одного из легких заполнителей используются опилки, которые в процессе производства листов пропитываются солевым раствором. Из-за этого под воздействием высоких температур возгорания листа не происходит, но выделяется большое количество углекислого газа в результате их тления. Еще одним отрицательным моментом при нагревании СМЛ является выделение хлора или соляной кислоты в процессе разложения минералов, составляющих магнезиальный камень. Такие листы сдерживают распространение пламени и защищают несущие конструкции, но могут быть угрозой здоровью и жизни людей при пожаре. Таким образом, для получения «противопожарных» листов необходимо отказаться от использования опилок, а также получить магнезиальный камень, либо не разлагающийся при температурах до 1200 °С, либо в процессе разложения не выделяющий вредных веществ. С этой целью необходимо использовать в качестве затворителя ортофосфорную кислоту или содержащие ее побочные продукты промышленности.

д) Отсутствие специально разработанных комплексных систем монтажа СМЛ.

Для монтажа СМЛ часто используются системы, разработанные под гипсовые листовые материалы. Но, во-первых, для СМЛ должно быть исключено жесткое крепление листов на каркасе. Во-вторых, некоторые негативные явления, в частности, использование шпаклевок, предназначенных для гипсовых материалов, не обеспечивает достаточного сцепления с поверхностью листов и в процессе эксплуатации может привести к отслоению не только шпаклевочного слоя, но отделочного слоя СМЛ. Кроме того, незащищенные от коррозии элементы крепежа со временем начинают корродировать, особенно при высокой гигроскопичности листов.

Решением этого вопроса может стать разработка и производство сопутствующих листам специализированных материалов, составляющих систему монтажа, которая обеспечит долговечность конструкций. В частности, простым и необходимым шагом является разработка и производство магнезиальных шпаклевок для выравнивания листов и их стыков.

Результаты исследования.

С целью получения эффективных качественных СМЛ с пониженной плотностью, при достаточном уровне прочности, на основании предварительно проведенных исследований рассчитали составы, представленные в табл.2. В них отсутствуют опилки для повышения пожаробезопасности, вместо опилок вводится перлит, который играет роль легкого огнестойкойкого наполнителя, не подверженного набуханию. В качестве затворителя принят бишофит, а для снижения гигроскопичности разрабатываемых листов на основе хлормагнезиальной композиции использовали оксид трехвалентного железа в виде никелевого шлака. Сохраняемость подвижности смеси обеспечивали путем замедления сроков схватывания добавкой хлорида марганца (MnQ2-4H2O, ч.). Зависимость сохраняемости подвижности и прочности материала при изгибе в 28 суток нормального твердения (на базовом составе, табл. 1) от количества добавки приведена на рис. 3.

Рис. 3 Сохраняемость подвижности смеси для стекло-магнезиальных листов и прочность при изгибе стекло-магнезиальных листов в зависимости от количества добавки хлорида марганца

Как видно из представленной зависимости, при введении добавки-замедлителя сроков схватывания значительно снижается прочность материала, для устранения этого эффекта в состав композиции вводили добавку-ускоритель твердения - хлорид железа (РеС13-6Н2О, ч.), которая в оптимальном количестве способствует повышению прочности, не влияя на сохраняемость смеси для СМЛ (рис. 3.1).

Рис. 3.1 Прочность стекло-магнезиальных листов при изгибе в зависимости от количества добавки хлорида марганца

Рабочие дозировки добавки хлорида железа составляют 0,40-0,75 % от массы вяжущего при максимуме прочности при 0,5 %. Составы смесей для СМЛ представлены в табл. 1. Образцы СМЛ готовили следующим образом: порошок вяжущего смешивали с легким заполнителем и добавкой- модификатором, затем добавляли водный раствор затворителя. Затем формовали образцы-плитки с размерами 4*1*16 см, у которых определяли прочность при изгибе, гигроскопичность и плотность. Результаты эксперимента приведены в табл. 1.

Наиболее выгодным сочетанием свойств обладает СМЛ следующего состава: магнезиальное вяжущее, перлит 4 % (здесь и далее компоненты указаны в % от массы вяжущего), никелевый шлак 10 %, добавка хлорид марганца 0,5 %, хлорид железа 0,5 %, затворенные водным раствором бишофита плотностью 1,2 г/см в соотношении затворитель/вяжущее 0,63.

Таблица 1

Составы смесей и свойства стекло-магнезиальных листов.

Выводы. Предлагаемый состав обеспечивает СМЛ низкую гигроскопичность, что решает проблему коробления и набухания материала, повышенную прочность при изгибе и экономию бишофита благодаря низкому отношению затворитель/вяжущее, сохраняемость смеси не менее часа, что обеспечит качественную укладку и уплотнение и снизит количество брака, при этом обеспечивается невысокая плотность изделий. При внедрении результатов для ООО «Магний» были разработаны технические условия ТУ 5742-00191330559-2012 «Листы ECOLIST для наружной и внутренней отделки. Технические условия».

Список литературы:

1. Варфоломеев А.Ю. Опасность использования контрафактных материалов при строительстве в субарктическом климате (на примере стекломагнезитовых листов) / А.Ю. Варфоломеев // Строительные материалы. - 2013. - №12. - 68-71с.
2. Ведь, Е.И. Изучение продуктов твердения водостойкого оксихлоридного цемента на основе каустического доломита и алюмо- и железофосфатных добавок / Е.И. Ведь, В.К. Бочаров, Е.Ф. Жаров // ЖПХ. -1975. - № 12. - 2607-2611с.
3. Зырянова, В.Н. Водостойкие магнезиальные вяжущие вещества на основе природного и техногенного сырья: автореф. дис. д-ра техн. наук: 05.17.11 / Томский политехнический университет. Томск, 2010. - 40 с.
4. Орлов, А.А. Стекло-магнезиальные листы: проблемы производства, применения и перспективы развития / А.А. Орлов, Т.Н. Черных, Л.Я. Крамар // Строительные материалы. - 2014. - №3. - 48-52с.
5. ТУ 574200-001-30986470-2013 Листы СМЛ-Пласт для наружной и внутренней отделки. - ООО «Новые технологии», 2013. - 13 с.
6. ТУ 5742-001-91330559-2012 Листы ECOLIST для наружной и внутренней отделки. - ООО «Магний», 2012. - 14 с.