2.3 Магнезиальные вяжущие вещества. Виды, свойства, применение

Магнезиальные вяжущие вещества – воздушные вяжущие в виде тонкомолотого порошка, содержащие оксид магния, благодаря которому порошок, затворенный водными растворами хлористого или сернокислого магния, приобретает свойства вяжущего. Он характеризуется высокой прочностью на сжатие – 300-600 кгс/см 2.

Сырьем для их производства служат горные породы осадочного происхождения или искусственно приготовленные смеси, содержащие минералы, которые обусловливают физико-химическую активность процесса твердения. Получают минеральные вяжущие вещества обжигом сырья - магнезита (MgCO3 ) или доломита (CaCO₃ MgCO₃) не до спекания или до спекания при относительно низкой или высокой температуре (140-170 ºС, 600-1480ºС) и последующим тонким помолом продукта обжига. Продукт обжига соответственно называется каустическим магнезитом или каустическим доломитом. Магнезиальные вяжущие хорошо сцепляются с древесными, асбестовыми и другими волокнами и применяются для получения теплоизоляционных материалов (фибролит), устройства теплых полов (ксилолит). обжига магнезита при 700...800°С и последующего тонкого помола. При обжиге магнезит разлагается: МgСO₃=МgО + СО₂ ­ Углекислый газ удаляется из печи естественной или искусственной тягой. Готовое вяжущее упаковывают в металлические барабаны.

Каустический доломит получают путем обжига при 650-750 °С и последующего тонкого помола. При обжиге доломит разлагается: МgСО₃ СаСO₃= МgО + СО₂ + СаСО₃.

Углекислый кальций при этом не разлагается, а остается в инертном виде как балласт, поэтому каустический доломит по качеству уступает каустическому магнезиту.

Свойства магнезиальных вяжущих веществ:

• их затворяют не водой, а водными растворами хлористого магния MgCl₂ H ₂O или сернокислого магния;

• твердеют только при положительной температуре более +12 °С и сравнительно быстро (начало схватывания не ранее 20 мин, окончание — не позднее 6 ч.);

• у каустического доломита сроки схватывания растянуты (начало схватывания через 3-10ч, окончание – через 8-20 ч.);

• хорошо сцепляются с органическими заполнителями (древесными опилками и стружками), придавая им повышенную стойкость против загнивания, возгорания и истирания;

• являются очень гигроскопичными, неводостойкими материалами, поэтому в настоящее время имеют ограниченное применение.

Применение: для изготовления ксилолита (магнезиально-опилочный материал для полов), фибролита (теплоизоляционный материал), штукатурных растворов, искусственного мрамора.

Жидкое стекло

Сырьем для производства жидкого стекла служат чистый кварцевый песок, кальцинированная сода Na₂СO₃ или сернокислый натрий Na₂SO₄, реже вторым компонентом является поташK₂СО₃.

Подготовленную сырьевую смесь сплавляют в стекловаренных печах при температуре 1300-1400 °С в течение 7-10 ч, затем стекломассу быстро охлаждают и она твердеет, распадается на куски(силикат-глыбы). Последние растворяют до жидкого состояния паром (в автоклаве) высокого давления 0,5-0,6 МПа при 150°С. Этот вязкий раствор и называют жидким стеклом (или натриевый силикат Na₂O·nSiO₂ или калиевый силикат Кa₂O·nSiO₂).

Качество жидкого стекла характеризуется показателями – модулем и плотностью. Модуль стекла – это отношение количества оксида кремния к оксиду металла. Чем больше модуль, тем выше качество стекла. Для строительных целей используют чаще натриевое стекло модулем 2,5...3,0, калиевое – модулем 3...4 применяют реже.

Свойства:

• плотность 1300...1500 кг/м3;

• твердение происходит только на воздухе вследствие высыхания и выделения аморфного кремнезема nSiO2. Процесс твердения можно ускорить, добавив катализатор – кремнефтористый натрий.

Применение: в строительстве – для получения силикатных огнезащитных красок, для защиты природных каменных материалов от выветривания, для уплотнения (силикатизации) грунтов, для получения кислотоупорного цемента и бетона.

Кислотоупорный цемент– продукт тонкого совместного измельчения кварцевого песка (92-96% массы смеси) и кремнефтористого натрия Nа₂SiF₆ (4-8%). Этот порошок цементом называют условно, так как вяжущими свойствами он не обладает. Затворяют его вяжущим материалом - жидким натриевым стеклом с модулем не ниже 2,65 и плотностью 1,38-1,42 г/см 3. В качестве кислотоупорного наполнителя вместо кварцевого песка можно использовать кварцит, диабаз, андезит.

Твердение кислотоупорного цемента происходит достаточно быстро в воздушно-сухих условиях при температуре воздуха не менее +10 °С: начало схватывания наступает в зависимости от количества кремнефтористого натрия через 20-60 мин., конец – не позднее 6 ч. Растворы и бетоны, приготовленные на кислотоупорном цементе, обладают высокой стойкостью к большинству минеральных и органических кислот, но теряют прочность в воде и разрушаются в едких щелочах. Предел прочности при сжатии стандартами не нормируется, но бетоны, изготовленные на этом цементе, имеют прочность при сжатии до 60 МПа.

Применение – для изготовления стойких к действию кислот замазок, растворов и бетонов, для футеровки химической аппаратуры, возведения башен, резервуаров и других сооружений химической промышленности.

Внимание! При работе с цементом, содержащим ядовитое вещество–кремнефтористый натрий, необходимо строго соблюдать правила техники безопасности, не допуская попадания порошка в дыхательные пути и на слизистые оболочки.

3. Классификация гидравлических вяжущих веществ. Виды, применение

Гидравлические вяжущие вещества - более сложные по составу, чем воздушные, вещества. После смешивания с водой способны схватываться, твердеть, сохранять и повышать свою прочность не только на воздухе, но и в воде. не содержат сложные минералы, образующиеся при обжиге карбонатных пород или искусственных смесей : силикаты, алюминаты, ферриты кальция.

К гидравлическим веществам относятся:

• гидравлическая известь;

• портландцемент и его разновидности;

• специальные цементы.

В отдельную группу выделяют вяжущие вещества автоклавного твердения, быстро набирающие прочность только в автоклаве в среде насыщенного водяного пара при температуре 175-200°С и давлении 0,8-1, 5 МПа. К ним относятся романцемент, глиноземистый и расширяющиеся цементы, гипсоцементно-пуццолановые, известково-кремнеземистые и известково-шлаковые вяжущие, нефелиновый цемент, хотя по существу эти вяжущие являются гидравлическими.

Число разновидностей гидравлических вяжущих постоянно растет благодаря использованию новых видов сырья и применения современных способов производства.

Сырьем для производства минеральных вяжущих являются различные горные породы, главным образом осадочного происхождения, и некоторые массовые побочные продукты металлургической, энергетической, химической и других отраслей промышленности. В больших объемах используются:

• карбонатные (известняк, мел, доломит, мергель, магнезит);

• сульфатные (гипс, ангидрит);

• кремнеземистые (диатомит, трепел, опока);

• глинистые и высокоглиноземистые (бокситы) горные породы;

• промышленные отходы (доменные и другие металлургические шлаки, шлаки и зола от пылевидного сжигания твердого топлива, нефелинового шлама). При этом отпадает необходимость организации карьеров по добыче природного сырья, сокращаются расходы топлива и электроэнергии на обжиг и помол, что в целом способствует охране природы и среды обитания человека.

Технологический процесс производства вяжущих состоит из следующих циклов – измельчение сырья до частиц примерно одного размера, тщательное смешение смеси для получения однородной композиции, обжиг сырья при высоких температурах(в результате физико-химических процессов в период обжига образуются новые соединения, способные взаимодействовать с водой и при этом твердеть, превращаясь в искусственный камень). Причём каждое вяжущее требует определенной температуры и продолжительности термической обработки. Высококачественные вяжущие(портландцемент и глиноземный цемент) получают обжигом при высоких температурах до частичного плавления(спекания) сырьевой смеси. Чаще всего продукты обжига еще не являются готовым вяжущим.

Для проявления вяжущих свойств их подвергают тонкому измельчению (помолу) в чистом виде или чаще совместно с добавками, вводимыми с целью регулирования технологических свойств теста вяжущего и эксплуатационных свойств искусственного камня, а также облегчения помола и удешевления. Чем выше тонкость помола, тем быстрее и полнее пройдут процессы химического взаимодействия вяжущего с водой.

Минеральные вяжущие обычно приводят в рабочее состояние путем смешивания с водой (затворения). Иногда (например, в случае с магнезиальными вяжущими) затворение производят водными растворами солей. Переход теста в искусственный камень происходит в результате затвердевания – сложных процессов, сопровождающих химическое взаимодействие вяжущего с водой с выделением теплоты (экзотермический процесс).

Применение – в сухих и влажных условиях, где требуется высокая прочность и там, где нельзя применять воздушные вяжущие вещества. Их используют в кладочных и штукатурных растворах для наружных стен, фундаментов и получения бетона, железобетона, асбестоцементных и других изделий.