Магнезиальное вяжущее

Магнезиальное вяжущее — строительный материал ХХI века

Современной строительной наукой описан своеобразный «портрет» идеального материала будущего: «Он должен быть универсален — обладать одновременно высокими конструктивными способностями и теплоизолирующими свойствами; совершенно обязательно, чтобы он был негорючим, долговечным, влагостойким, экологически чистым и обладал достаточными декоративными качествами, исключающими необходимость в дополнительной наружной и отчасти внутренней отделки зданий и сооружений; желательно, чтобы он был получен из минерального сырья». К этому следует добавить, что подобный материал должен производиться на существующем технологическом оборудовании и, самое главное, быть конкурентоспособным в сравнении с узкопрофильными материалами-аналогами.

Но, как часто это бывает, все новое — это хорошо забытое старое, с которого лишь необходимо стряхнуть «вековую пыль» и слегка модернизировать. Оказывается, предшествующие поколения решили нашу проблему еще 150 лет назад.

Каустический магнезит, получаемый после обжига при относительно невысоких температурах некоторых природных минералов, в составе которых значительное количество карбоната или гидроксида магния (магнезит, доломит), затворенный водным раствором магниевых солей (сульфатом или хлоридом магния — бишофитом) близких по составу к морским, образует пластическую массу, обладающую вяжущими свойствами. Состав и свойства этого вяжущего были описаны еще в середине ХIХ века французским инженером Сорелем, положившим начало его применению в строительстве, а также названию московской производственно-строительной компании «Сорель-Эколоджи». Уникальность магнезиального вяжущего заключается в сочетании его высоких вяжущих свойств и совместимости практически с любыми видами заполнителей, в том числе органического природного и искусственного происхождения.

Цементный камень, образующийся на основе магнезиального вяжущего, является твердым раствором солей сложного состава. Именно на основе магнезиальных вяжущих получают различные камнеподобные материалы с заранее заданными свойствами под общим названием «магнолит».

В зависимости от того, какие наполнители используются, магнолит обладает следующими свойствами:

• Механической прочностью при сжатии, на уровне самых высокопрочных бетонов, (а при изгибе прочность превосходит бетоны в 3-5 раз! без использования дополнительных армирующих материалов), а также короткими сроками ее набора. Кроме того, это наиболее прочный из всех известных теплоизоляционных строительных материалов на минеральных вяжущих при равной с ними плотности;
• Атмосферостойкостью на уровне большинства традиционных строительных материалов;
• абсолютной маслостойкостью и солестойкостю (при воздействие масел, нефтепродуктов, морской воды магнолиты только набирают прочность);
• Декоративностью, то есть возможностью достоверно имитировать многие природные материалы (от дерева до малахита), чему способствует совместимость с различными пигментами, отличная полируемость, прозрачность вяжущего в тонком слое;
• Пожаробезопасностью — при достаточной массивности конструкции из магнолита выдерживают пожар 5-й категории без деструкции материала и выделения каких-либо канцерогенных веществ;
• Фунгицидностью, бактерицидностью и биоцидностью, что не позволяет развиваться грибкам и бактериям, а горько-соленый вкус бишофита препятствует также появлению насекомых и грызунов;
• Обладает низкой диэлектрической проницаемостью и электропроводностью, стабильной во времени и мало зависящей от влажности окружающей среды. Для производства конструкций специального назначения, предназначенных для защиты от электромагнитных излучений, этот материал не заменим. Поверхности конструкций из магнезита не электризуются и исключают образование искр.
• Магнезиальные напольные покрытия беспыльны, практически не имеют усадки, т.е. устраиваются сплошным покрытием не требуется нарезка деформационных швов, долговечны и высокопрочны, обладают высокой твердостью и низкой истираемостью, устойчивы к ударным нагрузкам. Обладают высокой адгезией практически ко всем видам органических и минеральных заполнителей в составе вяжущего, а также хорошим сцеплением к бетонным, кирпичным, деревянным основаниям.

Помимо прочих достоинств, консервирующие свойства магнолита позволяют применять даже токсичные заполнители при производстве строительных изделий, которые впоследствии будут иметь фон, удовлетворяющий санитарным нормам. А значительное количество химически связанной воды в магнезиальном цементном камне делает магнолит лучшим из существующих бетонов для биологической защиты от радиационного поражения. Магнезиальное вяжущее и изделия на его основе являются биологически инертными, то есть экологически безопасными.

Магнезиальное вяжущее — строительный материал ХХI века.

Нет никаких сомнений в том, что у такого материала в России, где сосредоточено более половины мировых запасов магнезиального сырья, могут быть просто блестящие перспективы. И не случайно в последнее время наблюдается значительный всплеск интереса к нему.

Современные технологии позволяют делать из магнолита практически все, что угодно: СМЛ, стеновые материалы, конструкционные брусы, пеномагнолитовые блоки с фасадной облицовкой под кирпич или колотый камень, разнообразные половые покрытия, детали интерьера. Следует отметить, что в домах из магнолитовых конструкций создается благоприятный для человека микроклимат, сочетающий в себе достоинства деревянного дома и соляной пещеры, оказывающей бальнеологический эффект для больных астмой и другими аллергическими заболеваниями.

Большинство препятствий на пути массового применения магнолита как строительного материала уже преодолены. Наряду с действующим предприятием по добыче магнезиального сырья разведаны и подготовлены к добыче ряд новых месторождений магнезитов на Урале и в Восточной Сибири, ведется промышленная добыча бишофита скважинным методом. Бишофит представляет собой уникальный по своему составу экологически чистый минерал — водный хлорид магния MgCl2∙6H2O и является продуктом кристаллизации солей замкнутых водных бассейнов. Впервые выявлен в цехштейнових отложениях Германии немецким ученым Густавом Бишофом, в честь которого со временем этот минерал был и назван.

Разработаны и эксплуатируются опытно-промышленные обжиговые агрегаты кипящего слоя, позволяющие получать недорогое магнезиальное вяжущее из самого распространенного магнезиального сырья — доломита.

Однако для широкого внедрения магнезиального вяжущего в строительную практику сегодня потребуется решить ряд проблем федерального масштаба: от разработки государственных стандартов и строительных норм касательно магнезиального вяжущего и строительных материалов на его основе — до организации добычи и переработки магнезиального сырья в промышленных объемах.

Магнезиальные вяжущие в строительстве и строительных материалах

МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ И СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ

К магнезиальным вяжущим веществам относят каустический магнезит и каустический доломит. Каустический магнезит, получается в результате обжига при температуре 650-800 0 С некоторых природных минералов (магнезит MgCO₃, доломит CaCO_3*MgCO₃, брусит Mg(OH)₂ и др.), в составе которых значительное количество карбоната или гидроксида магния с последующим измельчением в порошок. Будучи затворенный водным раствором магниевых солей (сульфатом или хлоридом магния – бишофитом) близких по составу к морским, каустический магнезит образует пластическую массу, обладающую вяжущими свойствами, которая в результате твердения образует высокопрочный эластичный цементный камень.

Новее открытие магнезиального цемента было сделано в 1867 году века французским инженером Станиславом Сорелем, который описал состав и свойства этого вяжущего и получил первые патенты на этот материал. С. Сорелем совместно с Густавом Бишофом (Германия) был изобретен и широко ныне применяемых материал ксилолит, представляющий собой смесь магнезиального вяжущего древесных опилок и щепы, а также мелкого заполнителя.

Оказалось, что магнезиальный цемент во многих отношениях является более замечателен, чем портландцемент. Повышенная прочность на изгиб, высокая прочность на сжатие, малая усадка или ее отсутствие, высокая эластичность, быстрое твердение, не требующее влажного хранения как для бетонов на портландцементе, хорошая износостойкость (в три раза выше, чем у портландцемента), стойкость к действию масел, лаков, красок, органических растворителей, щелочей, солей, включая сульфаты, очень высокая огнестойкость, абсолютная экологическая чистота, более того, полезность для людей, бактерицидные свойства – вот далеко не полный перечень преимуществ этого замечательного материала. Тогда же были обнаружены и отрицательные стороны магнезиальных вяжущих, в первую очередь, их незначительная водостойкость. С тех пор магнезиальные цементы претерпели как взлеты, так и почти полное забвение.

Впервые применение магнезиального цемента было осуществлено Гиртлем в 1879 г. Первые полы на основе магнезиального бетона были уложены более 90 лет назад в Германии компанией Kaser GmbH & Co (Германия). Магнезиальные полы не часто используемые в настоящее время, были очень популярны в Германии для укладки внутри зданий в период 1920 по 1940 год, и для муниципального жилья в период между 1945 и 1960 годах. Такие полы, как правило, имели красновато-розовый цвет, хотя некоторые из них были окрашены при помощи пигменов и в другие цвета. Материалом для магнезиальных полов служили смесь кальцинированного магнезита и раствора хлористого магния с различными наполнителями (например, древесная мука, опилки, асбест). Их толщина находилась в пределах от 10 до 25 мм, и изредка – до 50 мм. Укладка магнезиальных полов производилась только в сухих помещениях при отсутствии или незначительном и временном воздействии на полы влаги, так как такие полы очень уязвимы к сырости и быстро разрушаются при постоянном воздействии воды. Кроме того, хлориды могут мигрировать из магнезита в нижележащий бетон и способствовать коррозии арматуры в нем.

В России в 30-х гг. XX века популярностью пользовались ксилолитовые полы из магнезиального вяжущего с древесными опилками. Такие полы выполнялись без швов, их циклевали и натирали мастиками. Ксилолитовые полы отличались высокой теплоизоляцией (как паркетные), были гигиеничными, негорючими и не образовывали пыли (в силу низкой истираемости). Но при всех вышеперечисленных достоинствах обладали и недостатком: из-за низкой водостойкости ксилолитовые полы требовали защиты от увлажнения, особенно снизу от капиллярного подсоса воды через основание, а также с дефицитностью сырья (в первую очередь магнезиты используют для получения огнеупоров), в связи с этим их применения в массовом строительстве не увенчалось успехом.

Существенные недостатки магнезиальных цементов, в первую очередь, низкая водостойкость и большой коэффициент термического расширения являющиеся причиной многочисленных случаев разрушения магнезиальных полов от капиллярного подсоса или постоянного замачивания, а также высокая агрессивность по отношению к стальной арматуре и высокая стоимость таких цементов с одной стороны, а также бурное развитие производства портландцемента во второй половине ХIX века – начале ХХ века с другой, отбросило применение магнезиальных цементов почти на 50 лет и во второй половине ХХ века магнезиальные бетоны – это почти забытый материал.

Однако уникальные свойства магнезиальных цементов и бетонов на их основе, их совместимость практически с любыми видами заполнителей, в том числе органического и природного происхождения, не позволяли забыть о них окончательно. В незначительных объемах эти вяжущие использовались и во второй половине ХХ века, а многочисленные исследования вяжущих систем на основе оксида магния позволили накопить значительные данные по улучшению свойств магнезиальных цементов и, в первую очередь, их водостойкости.

Сегодня установлено, что цементный камень, образующийся на основе магнезиального вяжущего, является твердым раствором солей сложного состава. Именно на основе магнезиальных вяжущих получают различные камнеподобные материалы с заранее заданными свойствами – магнезиальные бетоны.

В зависимости от используемых заполнителей магнезиальные бетоны обладает следующими свойствами:

• Механической прочностью при сжатии, на уровне самых высокопрочных бетонов, (а при изгибе прочность превосходит бетоны в 3-5 раз без использования дополнительных армирующих материалов), а также короткими сроками набора прочности – не более 3-5 дней. Кроме того, это наиболее прочный из всех известных теплоизоляционных строительных материалов на минеральных вяжущих при равной с ними плотности;
• Высокая ударная прочность. Магнезиальные бетоны при ударе не подвержены трещинообразования и отколу. Происходит лишь смятие участка, который подвергся ударному воздействию.
• Высокая износостойкость. Магнезиальные бетоны имеют истираемость в 3-5 раз выше, чем бетоны на портландцементе.
• Атмосферостойкостью на уровне большинства традиционных строительных материалов;
• Абсолютной маслостойкостью и солестойкостью (при воздействие масел, нефтепродуктов, морской воды магнезиальные бетоны только набирают прочность);
• Декоративностью, то есть возможностью достоверно имитировать многие природные материалы (от дерева до малахита), чему способствует совместимость с различными пигментами, отличная полируемость, прозрачность вяжущего в тонком слое;
• Пожаробезопасностью – при достаточной массивности конструкции из магнезиального бетона выдерживают пожар 5-й категории без деструкции материала и выделения каких-либо канцерогенных веществ;
• Фунгицидностью, бактерицидностью и биоцидностью, что не позволяет развиваться

грибкам и бактериям, а горько-соленый вкус бишофита препятствует также появлению насекомых и грызунов;

• Обладает низкой диэлектрической проницаемостью и электропроводностью, стабильной во времени и мало зависящей от влажности окружающей среды. Для производства конструкций специального назначения, предназначенных для защиты от электромагнитных излучений, этот материал незаменим. Поверхности конструкций из магнезита не электризуются и исключают образование искр.
• Магнезиальное вяжущее и изделия на его основе являются биологически инертными, то есть экологически безопасными. Более того, магнезиальные вяжущие обладают определенным бальнеологическим эффектом, насыщающим воздух так же, как и морская вода.
• Магнезиальные напольные покрытия беспыльны, практически не имеют усадки, т.е. устраиваются сплошным покрытием не требуется нарезка деформационных швов, долговечны и высокопрочны, обладают высокой твердостью и низкой истираемостью, устойчивы к ударным нагрузкам. Обладают высокой адгезией практически ко всем видам органических и минеральных заполнителей в составе вяжущего, а также хорошим сцеплением к бетонным, кирпичным, деревянным основаниям.

Магнезиальные цементы и их разновидность магний-фосфатные цементы, являясь, по существу, естественными, природными вяжущими, несомненно имеют больший перспективы, как значительно более экологичный и менее энергоемкий материал, чем портландцемент. Постоянная работа по улучшению магнезиальных цементов уже привела к получения и массовому производству водостойких магнезиальных вяжущих.

Природные запасы магнийсодержащих минералов велики и составляют не менее 8% земной коры. Энергия получения магнезиальных цементов составляет всего 30-40% от энергии получения портландцемента. Особенно быстро такие составы развиваются в Китае, где имеются наибольшие в мире запасы магнезита (периклаза) MgCO₃. Нет никаких сомнений в том, что у такого материала в России, где сосредоточено более половины мировых запасов магнезиального сырья, могут быть просто блестящие перспективы. И не случайно в последнее время наблюдается значительный всплеск интереса к нему. У магнезиальный цементов и бетонов на их основе несомненно большое будущее.

Современные технологии использования магнезиальных вяжущих позволяют делать на их основе практически все, что угодно: стеновые материалы, конструкционные брусы, пеномагнезиальные блоки с фасадной облицовкой под кирпич или колотый камень, разнообразные половые покрытия, детали интерьера. Следует отметить, что в домах, стены которых выполнены из материалов на основе магнезиальных вяжущих (магнезиальный ячеистый бетон, арболит и т.п.) создается благоприятный для человека микроклимат, сочетающий в себе достоинства деревянного дома и соляной пещеры, оказывающей бальнеологический эффект для больных астмой и другими аллергическими заболеваниями.

Только в России по этому материалу зарегистрировано более двух тысяч научных работ, диссертаций, изобретений, более полтора века над ксилолитом ведут изыскания, проводят опыты, ученые, научно и производственные коллективы, изобретатели, производственники. В США, Канаде, КНР, Европе, Японии и других странах в строительстве активно используют ксилолит. Ксилолит используют для заливки полов, изготовления стеновых блоков, бруса, плитки, стеновых и напольных панели небольшого размера. Ксилолит используется для монолитной заливки стен жилых зданий и индивидуальный жилых домов и коттеджей. В России пока это направление не развито.

За рубежом в середине 50-х годов XX века, благодаря большому объему исследований и появлению новых материалов, старые идеи обрели новую жизнь. Немаловажную роль сыграла также практически идеальная экологическая безопасность материалов на основе магнезиального бетона. Разработанные технологии позволили создать целый ряд новых составов, существенно увеличить влагостойкость и сохранить уникальные физико-механические свойства материала. Очень важной для комплекса физико-механических свойств материала является игольчато-древовидная структура кристаллов, которая и обеспечивает магнезиальному бетону, несмотря на высокую твердость, устойчивость к ударным нагрузкам.

Сегодня магнезиальные бетоны и растворы наиболее широко применяются для устройства полов, изготовления стекломагнезиальных листов, различного рода облицовок.

Магнезиальный бетон – идеальный материал для устройства полов. Монолитные магнезиальные полы изготавливают уже более века. В Москве даже можно найти подобные покрытия, простоявшие в производственных цехах без единого ремонта полсотни лет и сохранившиеся при этом в лучшем виде. Магнезиальные покрытия выгодно отличаются ценными качествами, не встречающимися у других материалов, и незаменимы для полов с повышенными требованиями к пожаробезопасности на полиграфических, текстильных, целлюлозно-бумажных и нефтеперерабатывающих производствах, а также в помещениях, требующих исключительной чистоты. Повышенными требованиями по прочности и износостойкости – гаражи, автостоянки, склады и производственные площади. На основе магнезиальных бетонов устраиваются декоративные, мозаичные, цветные полы, когда в качестве крупного заполнителя используются щебни мрамора, гранита, серпентинита, кварца и других минералов, а состав вяжущего окрашивается по массе цветным пигментом. При шлифовании полов обнажается структура камня, заключенного в вяжущее, образуя декоративный цветной орнамент. Таким образом, очевидны преимущества магнезиальных вяжущих по сравнению с цементными, а также материалов на основе таких вяжущих.

Являясь энтузиастами такого замечательного материала как магнезиальные вяжущие и материалы на их основе, работники компании «Изотех СПб» пытаются всесторонне представить его на строительном рынке Санкт-Петербурга и Северо-Западного региона России. Нами выполняются следующие работы с использованием магнезиальных вяжущих веществ:

– Полы на основе магнезиальных бетонов тонкослойные и нормальной толщины;

– монолитные стены из ксилолита в несъемной опалубке из стекломагнезиальных листов.

Нами также осуществляются продажи материалов на основе магнезиальных цементов:

– стекломагнезиальные листы различной толщины;

– стеновые магнолитовые блоки;

GardenWeb

Магнезиальные вяжущие

Виды вяжущих. Магнезиальные вяжущие вещества — тонкомолотые порошки, состоящие в основном из оксида магния MgO, получаемые умеренным обжигом пород, содержащих карбонат магния. Они твердеют при затворении водными растворами солей магния. Магнезиальные вяжущие — воздушные вяжущие вещества, твердеющие и сохраняющие прочность только в воздушно-сухих условиях. Различают каустический магнезит и каустический доломит.

Каустический магнезит получают из природного магнезита MgC03 обжигом при температуре 700…800 °С и последующим тонким измельчением. В составе каустического магнезита находится не менее 75% оксида магния MgO. Если каустический магнезит затворить водой, то процесс гидратации идет очень медленно, а затвердевший материал имеет низкую прочность. На практике каустический магнезит затворяют растворами хлорида или сульфата магния. В таких растворах повышается растворимость MgO и резко ускоряется процесс твердения. При этом идет не только гидратация MgO в Mg(OH)2, но и образование комплексных солей (например, гидроксихлорида магния 3MgO-MgCl2- • 6Н20). Твердение сопровождается выделением теплоты и некоторым увеличением объема. Затвердевший материал имеет довольно высокую прочность.

Начало схватывания магнезитного теста должно наступать не ранее 20 мин, а конец — не позднее 6 ч после затворения. Уже через сутки прочность затвердевшего вяжущего должна быть не менее 1,5 МПа. Марочная прочность затвердевшего каустического магнезита 40…50 МПа.

Каустический доломит получают из природного доломита CaC03-MgC03 обжигом при температуре 650…750°С. При этом происходит декарбонизация только карбоната магния. Карбонат кальция остается в исходном состоянии и является инертной частью вяжущего. Поэтому каустический доломит, обладая всеми свойствами каустического магнезита, имеет меньшую марочную прочность: от 10 до 30 МПа (в зависимости от содержания MgO).

Затворители для магнезиальных вяжущих. Наилучшие показатели имеют магнезиальные вяжущие, затворяемые раствором хлористого магния (MgCl2). Хлористый магний для этих целей получают при переработке Карабогазской рапы (минерал бишофит) или выпариванием из воды лиманов и некоторых соленых озер. Для этой цели используют также природную каменную соль — карналлит, состоящую из смеси хлоридов магния и калия.

На стройки хлористый магний поступает в виде кристаллической соли или раствора технического хлористого магния. Перед применением соль растворяют, а раствор доводят до требуемой консистенции (содержание MgCl2 в растворе не менее 45%; плотность раствора 1140…1160 кг/м3). Для уменьшения гигроскопичности затвердевшего магнезиального вяжущего к раствору хлористого магния добавляют небольшое количество железного купороса. Эта добавка также ускоряет схватывание и уменьшает вероятность появления высолов.

Кроме хлористого магния, сообщающего растворам наибольшую прочность, магнезиальные вяжущие допускается затворять растворами сульфата магния, хлорида или сульфата железа, разбавленными растворами серной и соляной кислот; можно использовать также раствор морской рапы (отходы при производстве брома из соленой воды).

Применение. Магнезиальные вяжущие хорошо сцепляются с органическими волокнистыми материалами. Поэтому для их наполнения и армирования используют древесные материалы (опилки, стружки, рейки) На основе магнезиальных вяжущих и древесных стружек получают теплоизоляционный материал — фибролит и легкий и прочный материал для полов с наполнителем из опилок — ксилолит. На заводах изготовляют ксилолитовые плитки, а на стройках делают бесшовные ксилолитовые покрытия полов.

Каустический магнезит используют для устройства особо плотных штукатурок, в том числе искусственного мрамора, и изготовления строительных деталей (подоконных плит, ступеней, скульптурных изделий). Каустический доломит используют для устройства оснований под покрытия пола и изготовления теплоизоляционных изделий.

Все изделия из магнезиальных вяжущих не следует применять в помещениях с повышенной влажностью, так как водостойкость их невысока.

Транспортируют и хранят магнезиальные вяжущие, предохраняя их от увлажнения и засорения. Срок хранения в сухих условиях не нормируется.

Известь строительную получают путем обжига ниже температуры спекания известняков, мела, доломита, мергелистых пород и выпускают в виде комков или порошка. Порошкообразную известь можно получить из комковой путем помола или гашения. По условиям твердения известь строительная бывает воздушная и гидравлическая.

Известь воздушная — вяжущее, получаемое обжигом известняков при температуре 1000—1200 °С, с содержанием глинистых примесей не более 6%. В процессе обжига известняков удаляется углекислый газ, составляющий до 44% его массы, и в результате образуются пористые куски комовой негашеной извести (ки- пелки). Затем комовую известь измельчают в шаровых мельницах и получают известь негашеную молотую. При затворении комовой извести водой можно получить гашеную известь (пушонку). При избыточном количестве воды образуется известковое тесто или известковое молоко. По скорости гашения известь подразделяют на быстрогасящуюся (менее 20 мин) и медленногасящуюся (более 20 мин). Содержание непогасившихся частиц должно быть не более 10% для I сорта и не более 20% для II сорта. Тонкость помола негашеной молотой извести характеризуется остатком на сите № 008 не более 10% массы пробы.

Из воздушной извести приготовляют строительные кладочные растворы, применяемые в сухих условиях, растворы для побелки, а также ее используют в производстве силикатных автоклавных изделий и в качестве составляющего при изготовлении известково- пуццолановых и известково-шлаковых вяжущих.
Известь гидравлическую получают путем обжига не до спекания мергелистых известняков, содержащих от 6 до 20% глинистых примесей, и выпускают ее в порошкообразном виде. Гидравлическая известь, только смоченная водой, полностью гасится и рассыпается в порошок, а залитая водой образует тесто, которое, начав твердеть на воздухе, продолжает набирать прочность в воде без доступа воздуха. Применяют гидравлическую известь для строительных растворов, используемых для кладки и штукатурки во влажных условиях, для приготовления бетонов низких марок и в производстве силикатного кирпича. Известь следует хранить в сухих закрытых помещениях, а при перевозке предохранять от увлажнения, используя для этого закрытые вагоны и специальные автомобильные цистерны.

Известковые вяжущие. Гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного помола воздушной и гидравлической извести со шлаком, содержащим не менее 30% окиси кальция, с небольшим (до 5%) количеством гипса и иногда добавкой портландцемента (10—20%), называют известково-шлаковым вяжущим.

Известково-пуццолановые вяжущие получают путем совместного помола извести с активными минеральными добавками, небольшим количеством гипса (до 5%) и при необходимости с добавкой портландцемента (10—20%).

Известково-шлаковые и известково-пуицоланоные вяжущие выпускают следующих марок: 25, 50, 100, 150, 200. Применяют для приготовления строительных бетонов и растворов низких марок, используемых в подземных и подводных сооружениях и в производстве автоклавных силикатных изделий.

Гипс и гипсовые вяжущие. Гипсовые вяжущие относятся к воздушным вяжущим материалам. Получают гипс путем термической обработки гипсового камня при температуре 150—160° С. При этом образуется низкообжиговый строительный и высокопрочный гипс. Если гипсовый камень обжечь при температуре 700—900° С, он полностью теряет химически связанную воду, в результате образуется ангидритовое вяжущее и высокообжиговый гипс.

Строительный гипс представляет собой воздушное вяжущее быстросхватывающееся и быстротвердеющее порошкообразное вещество белого цвета. Качество строительного гипса регламентируется ГОСТ 125—70. При работе с гипсовыми вяжущими необходимо учитывать, что начало схватывания не ранее 4 мин, а коней через 6—30 мин от начала затворения гипсового теста. Из строительного гипса приготовляют штукатурные растворы, изготовляют гипсовые плиты, панели, сухую штукатурку, декоративные, теплоизоляционные и архитектурные детали.

Высокопрочный гипс является разновидностью гипса. По прочности его разделяют на марки: 200, 250, 300, 350, 400, 450 и 500. Применяют для отливки форм в металлургической и фарфоро-фаянсовой промышленности и для изготовления строительных гипсовых и гипсобетонных изделий.

Ангидритовое вяжущее получают в результате совместного помола гипсового камня с минеральными добавками (известь, доломит, доменный шлак). Идет для приготовления штукатурных и кладочных растворов, для устройства бесшовных полов и подготовок под линолеум, для изготовления искусственного мрамора. Гипс и гипсовые вяжущие транспортировать необходимо в закрытых вагонах, а хранить в закрытых складах, предохраняя от увлажнения.

Жидкое стекло. Воздушное вяжущее, получаемое при сплавлении в стекловаренных печах чистого кварцевого песка с содой Na2COa или поташом КгС03 с последующим растворением паром до консистенции вязкого раствора, называют жидким стеклом. По составу оно бывает натриевое и калиевое. Из натриевого жидкого стекла приготовляют жароупорные бетоны и растворы, огнезащитные обмазки, а из калиевого жидкого стекла — силикатные краски, кислотостойкие бетоны и растворы.

Кислотоупорный цемент — воздушное вяжущее, получаемое в результате совместного тонкого помола кварцевого песка и кремнийфтористого натрия или смеси этих материалов, ко- юрое при затворении жидким стеклом образует кислотостойкий силикатный камень. Этот цемент неводостоек, но обладает высокой стойкостью против действия ряда минеральных и органических кислот.

Магнезиальные вяжущие материалы. Различают два вида воздушных магнезиальных вяжущих: каустический магнезит и каустический доломит.

Магнезиальные вяжущие обладают способностью прочного сцепления с древесными опилками, стружками, камышом и другими органическими заполнителями, которые при этом в изделии не подвергаются загниванию. На этих вяжущих изготовляют фибролит и ксилолитовые полы,

Магнезиальное вяжущее

Каустический магнезит — порошок, состоящий в основном из оксида магния и получаемый помолом магнезита, обожженного при 700—800 °С. В отличие от других вяжущих каустический магнезит затворяют не водой, а растворами хлористого или сернокислого магния. В таком виде его называют магнезиальным цементом. Иногда для затворения применяют ZnCl2, FeS04 и другие соли.

Сырьем для получения каустического магнезита служит магнезит — горная порода, состоящая преимущественно из углекислой соли магния MgC03 в кристаллическом или аморфном состоянии. Кристаллический магнезит— минерал с истинной плотностью 3,1—3,3 г/см3,, Аморфный магнезит представляет фарфоровидную массу с истинной плотностью 2,9—3 г/см3. СССР богат крупными месторождениями высококачественного магнезита, который широко используется в металлургической, химической и строительной промышленности.

Производство каустического магнезита заключается в добыче сырья, его дроблении, обжиге и помоле. При обжиге магнезита он разлагается по реакции MgCC>3 = =MgO-f-C02. Реакция разложения карбоната магния эндотермическая с затратой 1440 кДж теплоты на 1 кг MgC03 или 3030 кДж на 1 кг MgO. Разложение MgC03 начинается примерно при 400 °С, но протекает достаточно полно лишь при 600—650 °С.

При увеличении температуры обжига сверх 800 °С оксид магния постепенно уплотняется и приобретает крупнокристаллическое строение. В таком виде MgO называется периклазом, с водой он почти не взаимодействует. Нормально обожженный каустический магнезит имеет истинную плотность 3,1—3,4 г/см3. При недожоге истинная плотность каустического магнезита ниже 3,1, а при пережоге — выше 3,4 г/см3 вследствие наличия в нем периклаза с истинной плотностью 3,7 г/см3.

Обжигают магнезит в шахтных с выносными топками, а также во вращающихся печах. Обожженный каустический магнезит измельчают до остатка на сите № 02 не более 5 %, а на сите № 008— не более 25 %.

Готовое вяжущее обычно упаковывают в металлические барабаны, чтобы предотвратить его гидратацию. При производстве каустических магнезита и доломита необходимо соблюдать правила техники безопасности и охраны труда.

Доломит — двойная углекислая соль магния и кальция (М^СОз-СаСОз)—слагает горные породы осадочного происхождения. Истинная плотность доломита 2,85— 1,95 г/см3. Обычно доломиты содержат около 20 % MgO, 30 % СаО и 45 % С02. В природе доломит встречается значительно чаще, чем магнезит.

Обжигая доломиты при разных температурах, можно изготовлять каустический доломит, состоящий из MgO и СаСОз и получаемый при 650—750 °С с последующим измельчением; доломитовый цемент, состоящий из MgO, СаО и СаСОз и получаемый при 750—850 °С с последующим измельчением в тонкий порошок, он затворяется водой, а по показателям прочности при сжатии трамбованных образцов из раствора 1 :3 через 28 сут твердения на воздухе характеризуется марками 25—50, а также доломитовую известь, состоящую из оксидов магния и кальция и получаемую при 900—950 °С.

Доломит, обжигаемый до спекания при 1400—1500 °С, применяют в качестве огнеупорного материала. Он не взаимодействует с водой и поэтому не обладает вяжущими свойствами.

Каустический доломит должен содержать не менее 15 % MgO и не более 2,5 % СаОСВоб, а значение п. п. п. должно быть в пределах 30—35 %• Его качество определяется содержанием MgO и температурой обжига.

Производство каустического доломита принципиально не отличается от производства каустического магнезита. Доломит в заводских условиях обжигают при 650— 750 °С в шахтных печах с выносными топками и во вращающихся печах.

При затворении каустического доломита растворами солей магния СаО реагирует с ними, образуя хлористый или сернокислый кальций, что отрицательно отражается на качестве затвердевшего каустического доломита.

Каустический доломит должен измельчаться до остатка на сите № 02 не более 5 %, а на сите № 008 не более 25 %. Его вяжущие свойства значительно улучшаются при более тонком помоле. Каустический доломит затворяют водными растворами солей хлористого и сернокислого магния обычно той же концентрации, что и каустический магнезит. Схватывание и твердение каустических доломита и магнезита обусловлены в основном гидратацией MgO и образованием оксихлорида магния или других основных солей. Истинная плотность каустического доломита находится в пределах 2,78—2,85 г/см3. Ее повышение указывает на появление в каустическом доломите значительного количества свободного оксида кальция. Плотность в рыхлонасыпанном состоянии составляет в среднем 1050— 1100 кг/м3. Начало схватывания при комнатной температуре наступает через 3—10 ч, а конец через 8—20 ч после затворения.

Каустический доломит, обожженный при температуре ниже температуры диссоциации СаС03, характеризуется равномерным изменением объема. Неравномерность наблюдается лишь при наличии в нем 2—2,5 % свободного оксида кальция и при неправильно выбранном соотношении между MgO—MgCI2 и водой. В этом случае появляются трещины и цементный камень разрушается.

Каустический доломит характеризуется меньшей прочностью, чем каустический магнезит. Образцы из трамбованного раствора состава 1 :3 по массе на этом вяжущем через 28 сут воздушного твердения имеют предел прочности при сжатии 10—30 МПа. Затвердевший каустический доломит, как и магнезит, разрушается в воде вследствие вымывания из него растворимых солей MgCI2 и др.

Каустический доломит наравне с каустическим магнезитом применяют для изготовления ксилолита, фибролита, теплоизоляционных материалов и т.п.

Магнезиальное вяжущее

КАЧЕСТВЕННО

БЫСТРО

SEO оптимизация

адаптивная верстка

Ремонт в регионах

1. Главная
2. Строительные материалы
3. Неорганические вяжущие вещества свойства
4. Магнезиальные вяжущие

Магнезиальные вяжущие вещества, затворяемые растворами солей (хлористого или сернокислого магния), в зависимости от исходного сырья делятся на: магнезит каустический и доломит каустический (допускается затворение водой).

Химический состав магнезиального вяжущего

Каустический магнезит (MgO) или доломит (MgO • СаСО3) дают показатели прочности 400—600 кг/см2 при сжатии (трамбованные образцы), быстро твердеют (через день — 35—50%, через 7 дней — 60— 90% месячной прочности), хорошо сцепляются с древесными, асбестовыми и другими волокнами. Магнолитовые изделия с древесными опилками называются ксилолитом, cо стружкой или древесной шерстью— фибролитом, с асбестом — асболитом.

Нормальное соотношение между вяжущим и затворителем (каустический магнезит, плавленый хлористый магний) 1 : 0,62. При затворении на хлористом магнии прочность изделий выше, чем на сернокислом, но одновременно повышается их гигроскопичность.

Каустический магнезитовый порошок должен иметь удельный вес 3,1—3,4 и содержать окиси магния (MgO) в процентах не менее:

• первый класс — 87
• второй класс —83
• третий класс —75

Тонкость помола должна соответствовать прохождению через сито 4900 отв/см не меньше 75%. Сроки схватывания порошка, затворенного раствором хлористого магния (удельного веса 1,2), должны быть в таких пределах: начало не ранее 20 мин., конец не позднее 6 часов. Предел прочности при растяжении через 1 сутки — не менее 15 кг/см2.

Каустический доломитовый порошок имеет удельный вес 2,8—2,85; содержит окиси магния (MgO) не менее 20%. Тонкость помола должна соответствовать прохождению через сито 4900 отв/см2 не менее 75%.
Сроки схватывания: начало не ранее 2 часов, конец не позднее 12 часов. Предел прочности при растяжении (раствор без заполнителя) через 7 суток—10—15 кг/см2.

Хлористый магний технический должен содержать не менее 45% безводной соли MgCl2. Содержание вредных примесей — хлористого кальция (повышает гигроскопичность, вызывает непостоянство объема и понижает прочность), хлористых калия и натрия (понижают прочность и вызывают появление выцветов) — не должно превышать в сумме 2,5%.

Сернокислый магний технический содержит 44—46% чистого MgSO4.
Магнезиальные вяжущие применяются для бесшовных ксилолитовых полов и плиток, фибролита, искусственного мрамора, ступеней, подоконных досок, архитектурных деталей.

Применнение в строительстве

Магнезиальные вяжущие вещества содержат каустический магнезит или каустический доломит. В молотом состоянии их затворяют не водой, с которой они затвердевают очень медленно, а раствором хлористого магния (MgCl2), сернокислого магния (MgSO4) или некоторых других солей.

Магнезиальные вяжущие вещества твердеют на воздухе, поэтому их можно применять только там, где сухо. Они отличаются тем, что прочно сцепляются с волокнистыми материалами, например с древесными, поэтому их используют в сочетании со стружками для производства теплоизоляционного материала — фибролита, и с опилками — для получения ксилолита .
Сырьем для производства каустического магнезита служит горная порода магнезит, состоящая в основном из углекислого магния MgCO3. Чистый магнезит встречается гораздо реже известняка и гипса.

Производство каустического магнезита складывается из двух последовательных процессов обжига и помола.

Обжиг магнезита производится в шахтных, вращающихся и других печах. Цель обжига — удаление из магнезита углекислого газа. Опытами установлено, что каустический магнезит наилучшего качества (как вяжущее вещество) получается при температуре обжига 800—850°.

Помол каустического магнезита производится чаще всего в шаровых мельницах с воздушными сепараторами для отделения тонких частиц. Перевозят его в железных барабанах емкостью 150 кг или навалом в крытых вагонах, хранят в закрытых помещениях, не допуская увлажнения и загрязнения.

Каустический магнезит представляет собой тонкий порошок белого или желтоватого цвета.

Удельный вес его 3,1— 3,4 % т. е. больше, чем обыкновенного портландцемента.

Содержание окиси магния в нем должно быть не менее 83% для 2-го сорта и 75% для 3-го сорта.

Наиболее распространенным затворителем магнезиального цемента служит раствор хлористого магния MgCl2 6Н2О, который представляет собой бесцветную или слегка желтоватую прозрачную соль.

Существуют два способа производства хлористого магния:

1. извлечение из сгущенной, в результате испарения, морской воды — из морских лиманов или соленых озер
2. получение на химических заводах в виде отхода при производстве калийных удобрений.

Кроме хлористого магния в качестве затворителей можно применять растворы сернокислого магния, кислого сернокислого натрия, железного купороса, природного минерала. карналита, а также серной и соляной кислот. Однако наивысшую прочность имеет магнезиальное вяжущее вещество, затворенное на хлористом магнии, а несколько меньшую затворенное на карналите или сернокислом магнии.
Сернокислый магний имеет то преимущество перед другими затворителями, что придает магнезиальному вяжущему меньшую-гигроскопичность.

При затворении каустического магнезита раствором хлористого магния или других, указанных выше, солей происходят схватывание и твердение, которые ускоряются при повышении температуры.
Магнезиальное вяжущее применяется в строительстве главным образом в соединении с органическими заполнителями (с древесной стружкой и опилками), поскольку оно не вызывает разложения органических веществ и дает с ними хорошее сцепление.

Под действием воды это вяжущее разрушается, так как из него вымываются растворимые соли.

Магнезиальное вяжущее испытывают на сроки схватывания, равномерность изменения объема и прочность.

Методика испытаний та же, что и для обыкновенного цемента, но со следующими изменениями:

• тесто нормальной густоты приготовляют из магнезита, затворенного раствором хлористого магния с удельным весом 1,20;
• образцы хранят не в воде, а на воздухе при обычной комнатной температуре и влажности;
• прочность испытывают только на растяжение, причем состав;
• раствора входят магнезит и сосновые опилки в отношении 3: I (по весу).

Магнезиальное вяжущее характеризуется следующими свойствами:

1. начало схватывания не ранее 20 мин., конец не позднее 6 час. от начала затворения;
2. предел прочности при растяжении через сутки не ниже 15 кг/см2;
3. магнезиальный раствор с сосновыми опилками состава 3 : 1 (по весу) пластичной консистенции через 28 дней обычно имеет прочность на сжатие от 200 до 300 кг/гм2, что соответствует
   прочности цементов высоких марок

Таким образом, магнезиальное вяжущее нормально схватывает, быстро твердеет на воздухе, обладает заметной прочностью уже через сутки и высокой прочностью через 28 дней.

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.

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.

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.

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:

портландцемент и его разновидности;

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.