1.3. Магнезиальные вяжущие вещества

К магнезиальным вяжущим веществам относятся каустический маг­незит и каустический доломит. Магнезиальные вяжущие могут твердеть только на воздухе, поэтому их используют в помещениях с относительной влажностью не более 60 %.

1.3.1. Каустический магнезитполучают обжигом природного маг­незита MgCO₃в шахтных или вращающихся печах при 750…850 °С и помолом продукта обжига. При обжиге происходит разложение карбоната магния по реакции:

MgCO₃=MgO+CО₂.

Каустический магнезит – быстротвердеющее вяжущее, обладающее высокой прочностью при сжатии (до 65 МПа).

1.3.2. Каустический доломит отличается от каустического магнезита пониженным качеством и производится ввиду того, что природные запасы магнезита ограничены. Вяжущее (MgO·СаСОз) получают обжигом природного доломита (СаСО₃·МgСО₃) при темпера­туре не выше 720…750 °С, с тем чтобы происходила дис­социация только МgСО₃, а СаСО₃ не подвергался бы разложению, иначе получится доломитовая известь. Примесь инертного СаСО₃обусловливает понижение прочности каустического доломита по сравнению с каустическим маг­незитом примерно в 2 раза.

Магнезиальные вяжущие вещества затворяются растворами MgCl₂, MgSO₄, FeSO₄и др. При затворении одной водой прочность их получается низкой, т. к. в воде МgO практически не растворяется.

Твердение магнезиальных вяжущих.Растворимость МgO в растворе MgCl₂достаточно высока. Поэтому из пе­ресыщенного раствора МgO в хлористом магнии выделяется практиче­ски нерастворимый в воде Мg(ОН)₂. Параллельно образуется оксихлорид магния 3MgO·MgCl₂·6H₂O.

Применение магнезиальных вяжущихМагнезиальные вяжущие применяют для изготовления штукатурок, искусственного мрамора, лестничных ступеней. На основе древесных волокон или стружки готовят стеновой материал –фиб­ролит, а на основе мелкого древесного заполнителя (опилок и др.) – материал для бесшовных полов и прессованных половых плиток – ксилолит.В ксилолит добавляют также минеральные наполнители – песок, трепел, асбест, тальк и красители..

1.4. Цементы на основе щелочных силикатов

1.4.1. Жид­кое стекло – вязкая прозрачная жидкость, представляющая собой раствор в воде так называемого растворимого стекла – силиката натрия Na₂O·пSiO₂ (реже калия K₂O·пSiO₂), где п= SiO₂/Na₂O – силикатный моду­ль, составляющий для натриевого стекла 2,0…3,5, для калиевого 3,5…4,5. Растворимое стекло получают так же, как обычное варкой (плавлением) при 1300…1400 °С сырьевой шихты в стеклоплавильных печах. Шихта натриевого стекла состоит из высушенного и просеянного кварцевого песка и соды Na₂CO₃ (или сульфата натрия Na₂SO₄). Для получения калиевого стекла вместо соды применяют поташ К₂СО₃. Реакция силикатообразования протекает по схеме: пSiO₂+ Na₂CO₃→ Na₂O·пSiO₂+ CO₂ ↑.

Полное связывание соды завершается при температуре 920…950 °С. Получаемый расплав застывает в стекло­образную хрупкую массу, называемую силикат-глыбой.

Получение жидкого стекла заключается в растворении силикат-глыбы в во­де, что выполяется чаще всего в автоклавах в среде насыщенного водяного пара при давлении 0,3…0,7 МПа и температуре 120…150 °С. Продолжительность растворения в стационарных автоклавах составляет 5…6 ч, во вращающихся автоклавах – 1…2 ч. Плот­ность раствора составляет 1,3…1,5 г/см³, что соответствует содержанию стекла 50…70 %.

Твердение жид­кого стекла на воздухе происходит вследствие действия СО₂ воздуха и высыха­ния:

Na₂O·nSiO₂+СО₂+ H₂O → nSiO₂·aq+Na₂CO₃.

Вяжущие свойства такой системы обусловлены гелем кремнекислоты, который при высыхании уплотняется и приобретает значительную прочность. Твердение жидкого стекла в результате высыхания на воздухе – процесс достаточно длительный, так как образующаяся поверхностная плотная корка препятствует высыханию геля и проникновению СО₂ во внутренние слои. Поэтому часто применяют отвердители, которые могут быть газообразными, тверды­ми или жидкими.

Среди твердых отвердителей наибольшее применение нашли промышленные отходы на основе двухкальциевого си­ликата – феррохромовый шлак и нефелиновый шлам. Твердение в этом случае протекает по схеме:

Na₂O·nSiO₂+2CaO·SiO₂+H₂O→СаО·mSiO₂aq+SiO₂aq+(Ca, Na₂)O·SiO₂aq.

Продуктами твердения являются гель кремнезема, низкоосновные гидросиликаты кальция и натриево-кальциевые гидросиликаты.

Широкое распространение среди жидких отвердителей получили растворы алюмината натрия (Na₂O·Al₂O₃) и кремнефтористоводородной кислоты (H₂SiF₆).

Алюмосиликатная композиция отвердевает в результате ряда процессов, которые можно подытожить реакцией:

Na₂O·Al₂O₃+Na₂O·nSiO₂+Н₂О→Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·aq+(n-2)SiO₂·aq.

При твердении кремнефтористо-силикатной композиции протекают две стадии химических процессов, на каждой из которых происходит образование геля кремнекислоты:

Na₂O·nSiO₂ + H₂SiF₆ + Н₂О → Na₂SiF₆ + nSiO₂·aq,

2Na₂O·nSiO₂ + Na₂SiF₆ + 6Н₂О → 6NaF + nSiO₂·aq.

1.4.2. Кислотоупорный цемент состоит из двух компонентов: 1) раствора жидкого стекла, средней плотностью 1,345 г/см³ и n=2,6…3,0 и 2) тонко измельченной смеси, состоящей из 94…96 % минерального наполнителя, отличающегося высокой кислотостойкостью (кварца, кварцитов, вулканической лавы, диабаза, андезита) и 4…6 % ускорителя твердения – кремнефтористого натрия Na₂SiF₆. Компоненты смешивают в соотношении примерно 1:4 (Ж:Т). Добавка Na₂SiF₆ не только ускоряет процесс твердения кисло­тоупорного цемента, но также повышает его водостойкость. Начало схватывания кислотоупорного цемента должно наступать не ранее 20 мин., конец – не позднее 8 ч. Предел прочности при растяжении в 28-суточном возрасте должен быть не менее 2,0 МПа. Прочность при сжатии бетонов на кислотоупорном цементе обычно составляет 20…60 МПа.

Кислотоупорный цемент применяют на химических производствах. Этот цемент, однако, неустойчив в растворах плави­ковой, кремнефтористоводородной и фосфорной кислот, а также в растворах щелочей.