» » Хлормагнезиальные вяжущие

Хлормагнезиальные вяжущие

30.08.2016

Опыт и практика показали, что для упрочнения неустойчивых горных пород наряду с составами на основе синтетических смол в определенных случаях могут с эффектом использоваться вяжущие.
К вяжущим веществам относятся порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой образуют жидкую пластичную массу, постепенно затвердевающую в прочное камневидное тело.
Высокопрочное хлормагнезиальное вяжущее (XMB) образуется в результате затворения окиси магния MgO или каустического магнезиального порошка (ПМК) жидкой фазой на основе хлорида магния MgCl2.
Общая формула хлормагнезиального вяжущего:
Хлормагнезиальные вяжущие

Естественные магниевые соли в виде шестиводного хлористого магния MgCl2*6Н2О носят название «бишофит», а вяжущее на их основе известно как магнезиальный цемент Сореля:
MgCl2*6MgО*6H2О.

Процесс твердения неустойчивого магнезита заключается в гидратации окиси магния MgO в растворе его хлорида. При этом образовывается два основных соединения: гидрат окиси магния [Mg(OH)2]n и оксихлорид магния MgCl2*3MgO*6H2O. Если оксихлорид легко разлагается водой, то растворимость гидрата окиси магния для ускорения сроков твердения необходимо усилить. Эту роль выполняет бишофит.
Опыты позволили установить наилучшие молекулярные показатели для формулы (4.4) XMB применительно к упрочнению горных пород: n=7, m=14.
На основании экспериментальных исследований В. И. Левченко и Л.Н. Ручко для упрочнения пород установлены следующие рациональные соотношения компонентов XMB (вес. ч.):
- водный раствор MgCl2 до плотности 1,28—1,32 г/см2 — 40—48;
- порошок магнезиальный ПМК — 47—52;
- бентонитовая мука — 5—10.
Компоненты вяжущего не токсичны, не горючи, безвредны в применении: окись магния и бентонит — вещества неорганические, а раствор хлористого магния — практически нейтрален. Исходя из этого конечный продукт — хлормагнезиальное вяжущее — имеет минеральный характер. Это дает безоговорочную возможность применения XMB в подземных выработках шахт и рудников. Доставка компонентов вяжущего к месту приготовления осуществляется в таре завода-изготовителя, чаще всего в бумажных или полиэтиленовых мешках.
Наличие в составе XMB бентонитовой муки позволяет управлять процессом схватывания, а также стабилизировать вяжущий состав от седиментации (расслоения фракций). Размеры фракций добавляемого бентонита обычно не превышают 50 мкм, а готовая смесь имеет вязкость 200—250 сП (в зависимости от назначения раствора по времени отверждения, размерам трещин и необходимой прочности), что позволяет при сравнительно невысоких давлениях заполнять достаточно малые (до 0,1 мм) трещины и нагнетать состав на расстояние 200— 300 м.
Лабораторные исследования показали, что прочность состава XMB в приведенной выше рецептуре через 4—6 ч после отверждения при температуре 20° С составляет: на сжатие σс = 10/12 МПа; на скалывание (адгезия к породе) σск = 6/8 МПа; на изгиб σи=3,5/4 МПа, т. е. σи=0,3 σс. Стендовые испытания и лабораторные исследования показали, что на прочностные и адгезионные качества магнезиального вяжущего почти не оказывает влияние состояние горных пород: влажность, запыленность, кислотная вытяжка.
Несмотря на достаточно высокие прочностные показатели ХМВ, он имеет существенные недостатки, главными из которых являются продолжительное время твердения (1—2 ч и более) и: высокая жесткость конечного продукта, что не позволяет составу упруго воспринимать внешние нагрузки и деформации. Время отверждения магнезиального вяжущего можно значительна ускорить путем повышения его температуры, однако в подземных условиях шахт и рудников такая мера неприемлема.
Хлормагнезиальные вяжущие

Для сообщения составу упругопластических свойств и сокращения времени отверждения без повышения температуры (в холодном состоянии) ИГД им. А. А. Скочинского и ВНИИйодобромом проведены исследования по изысканию соответствующих модификаторов. Исследования позволили установить, что наиболее эффективными модификаторами являются латексы, сульфитно-спиртовая бражка (марок KBT и КВЖ) и поливинилацетатная эмульсия ПВА. На рис. 4.8 показана приведенная к схеме растяжения диаграмма напряжения σр — относительная деформация е, характеризующая изменение модуля упругости ХМВ при введении в состав указанных модификаторов. Для сравнения на графиках приводится аналогичная характеристика цемента марки 500.
Заметим, что введение в состав XMB поливинилацетатной эмульсии ПВА с добавкой доломитовой пыли не только снижаем модуль упругости, но и увеличивает адгезионную прочность состава к породе до 6—7 МПа. Проведенные ИГД им. А.А. Скочвиского и ВНИИйодобромом работы в направлении снижения времени схватывания состава показали, что добавка в затвердитель до 50% раствора хлористого кальция приводит к снижению времени начала схватывания до 15—20 мин и окончания до 40—60 мин.
Недостатком хлормагнезиальных вяжущих с технологической точки зрения является необходимость долгого и тщательного перемешивания компонентов состава, что исключает возможность использования двухкомпонентной схемы нагнетания. Для нагнетания XMB используется достаточно громоздкий комплекс оборудования, включая строительные мешалки.
Исходя из невысокой стоимости компонентов ХМВ, и технологических сложностей нагнетания, преимущественной областью их применения рекомендуются слабые, крупнотрещиноватые (раскрытием трещин свыше 1 мм) породы преимущественно подготовительных выработок. Опыт применения хлормагнезиальных вяжущих для указанных целей накоплен на шахтах Донбасса.