МАГНЕЗИАЛЬНОЕ ВЯЖУЩЕЕ
MAGNESIA BINDER

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для получения магнезиального вяжущего и различных изделий на его основе.
yд
2
Известен состав магнезиального вяжущего, содержащий каустический магнезит (17,4-25%), хлорид магния (2,5-5,0%) и карбонат кальция (0,1-4,0%). В этом составе водный раствор хлорида магния является жидкостью затворения, а весьма малое количество в смеси хлорида магния и каустического магнезита, являющихся основными компонентами магнезиальных вяжущих, не позволяют получать прочные изделия. (А.с. №1756298, МКИ С04В 9/00, 1992). Известны также аналогичные составы, содержащие помимо основных компонентов, тремолит и карбонат кальция (А.с. №1807026, МКИ С04В 9/00, 1992) или тонкомолотый (S=510-700 м/кг) диопсид. (Патент РФ №2306284, МКИ С04В 9/00, 2007). Последний состав обеспечивает получение прочных изделий только при использовании высокодисперсного диопсида.
2
2
4
Наиболее близким по сути к предлагаемому составу является магнезиальное вяжущее, в котором каустический магнезит, или оксид магния, затворяется водными растворами хлорида магния или сульфата магния. При затворении хлоридом магния состав содержит 62-67% MgO и 33-38% MgCl·6HO, а при затворении сульфатом магния состав содержит 80-84% MgO и 16-20% MgSO (Ю.М.Бутт, М.М.Сычев, В.В.Тимашев. Химическая технология вяжущих материалов. - М.: Высшая школа, 1980, с.54-59; А.В.Волженский. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1986, с.121-126).
Основными недостатками этого состава (прототип) является низкая водостойкость, оцениваемая коэффициентом водостойкости в пределах 0,1-0,3, необходимость использования свежеобожженого магнезита (MgO) для получения цементного камня с прочностью 30-50 МПа в возрасте 28 суток при воздушном твердении при относительной влажности воздуха менее 60%.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение водостойкости изделий за счет образования продуктов гидратации магнезиального вяжущего, обладающих предельно малой растворимостью в воде и обеспечивающих формирование структуры изделий с прочностью, не уступающей прочности изделий известного состава.
3
2
Поставленная задача достигается тем, что порошок каустического магнезита или магнезиального цемента (MgO) затворяется водным раствором бикарбоната магния Mg(HCO) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Каустический магнезит
60-75
Водный раствор бикарбоната магния
25-40
При взаимодействии каустического магнезита (MgO) с водным раствором бикарбоната магния сначала протекает реакция гидратации:
Образовавшийся гиброоксид магния далее взаимодействует с бикарбонатом магния по реакции:
с образованием гидрата гидроксокарбоната магния и диоксида углерода, который вступая во взаимодействие с гидрооксидом магния, образует вторичный бикарбонат магния:
Вторичный бикарбонат магния вновь взаимодействует с гидрооксидом магния по реакции (2) с образованием новой порции гидрата гидроксокарбоната магния, который вместе с гидрооксидом магния образует первичные продукты гидратации магнезиального цемента, обеспечивающие его твердение в процессе перекристаллизации первичных коллоидных продуктов в стабильное кристаллическое состояние.
Таким образом, в результате последовательного и циклического протекания реакций (1, 2, 3) в цементном камне образуются две основные кристаллические фазы - гидрооксид магния и гидрат гидроксокарбоната магния, количественное соотношение между которыми предопределяется содержанием бикарбоната магния в жидкости затворения.
2
2
2
2
4
2
В отличие от известного состава, в котором конечными продуктами гидратации вяжущего являются гидрооксид магния и тригидроксихлорид магния 3Mg(OH)·MgCl·7HO или тригидроксисульфат магния 3Mg(OH)·MgSO·8HO в предлагаемом составе образуются, в основном, гидрооксид магния и гидрат гидроксокарбоната магния, обладающие весьма малой растворимостью в воде (Краткий справочник по химии. - Киев: Наукова думка, 1974, с.156-159).
Наличие в затвердевшем цементном камне известного состава гидроксихлоридов или гидроксисульфатов магния, обладающих значительной растворимостью в воде, обусловливает низкую водостойкость таких вяжущих. Отсутствие растворимых соединений в цементном камне из вяжущего предлагаемого состава предопределяет его повышенную водостойкость с коэффициентом водостойкости 1,1-1,4, и такой цементный камень твердеет с увеличением прочности не только в воздушной среде с относительной влажностью более 75%, но и в воде после предварительного твердения на воздухе в течение 3-7 суток.
Существенным преимуществом предлагаемого вяжущего является возможность использования порошка лежалого каустического магнезита с содержанием активного оксида магния 40-80%. В известном составе необходимо использовать магнезит с содержанием активного MgO не менее 85%.
2
3
2
3
2
3
Порошок лежалого каустического магнезита может содержать в своем составе кроме MgO также Mg(OH) и MgCO, образующихся при взаимодействии MgO с влагой и углекислотой воздуха. Примеси Mg(OH) и MgCO в предлагаемом составе не снижают активности взаимодействия порошка лежалого магнезита с раствором бикарбоната магния, так как взаимодействие Mg(OH) с бикарбонатом магния протекает по реакциям (2, 3), a MgCO взаимодействует с диоксидом углерода, образующимся при протекании реакции (2), по реакции:
2
и получаемый бикарбонат магния по реакции (4) взаимодействует с Mg(OH) по реакции (2).
Используют раствор бикарбоната магния различных концентраций.
Пример конкретного исполнения.
2
2
3
2
Для получения магнезиального вяжущего использовались свежеобожженный каустический магнезит с содержанием активного MgO - 88% (магнезит-1), лежалый магнезит с содержанием MgO - 53,9%, Mg(OH) - 34,1% (магнезит-2) и лежалый магнезит с содержанием MgO - 38,7%, Mg(OH) - 40,3% и MgCO - 21,0% (магнезит-3). Удельная поверхность магнезитовых порошков составляла 350 м/кг, остаток на сите №008 - 9,2%.
Водный раствор бикарбоната магния готовится путем растворения в течение 10 мин магнезита-3 в воде при давлении углекислого газа в автоклаве 0,5-1,0 МПа.
В водной суспензии магнезита-3 при контакте с углекислым газом протекают реакции:
3
2
После обработки в автоклаве с мешалкой водный раствор содержал 150 г/л Mg(HCO) (пример 1), 35 г/л (пример 2) и 100 г/л (пример 3).
3
2
При изготовлении образцов к исходному магнезиту приливали раствор Mg(HCO) в ранее указанном количестве до получения пластичного теста нормальной густоты, из которого формовали образцы размером 2×2×2 см. После суточного твердения на воздухе образцы извлекались из форм и после 3-суточного твердения в воздушной среде часть образцов помещалась в эксикатор над водой, часть образцов помещалась в воду, а часть образцов продолжала твердеть на воздухе. Через 28 суток твердения у образцов определялся предел прочности при сжатии, и результаты определений представлены в таблице. Коэффициент водостойкости определялся по отношению прочности при сжатии образцов, твердевших в воде, к прочности образцов, твердевших на воздухе.
2
В этой же таблице представлены результаты определений прочности и водостойкости образцов, полученных затворением магнезита-1 раствором MgCl и взятых в соотношении по прототипу.
Анализ данных таблицы показывает, что затворение каустического магнезита водным раствором бикарбоната магния позволяет получать изделия на основе магнезиального вяжущего с прочностью, не уступающей прочности изделий, изготовленных из вяжущего по прототипу. Высокая водостойкость изделий из вяжущих предлагаемого состава обусловлена принципиально новым составом малорастворимых продуктов гидратации, образующихся при твердении как в воздушной, так и в водной среде. Низкая водостойкость изделий из вяжущих известного состава обусловлена повышенной растворимостью в воде тригидроксихлорида магния, являющегося основной составляющей продуктов гидратации этого вяжущего.
Таким образом, использование принципиально новой жидкости затворения в предлагаемом составе обеспечивает получение прочных и водостойких изделий и позволяет перевести магнезиальные вяжущие вещества из группы воздушных вяжущих в группу гидравлических вяжущих веществ, которые, как и портландцемент, найдут широкое применение при производстве различных строительных изделий.
Таблица
Магнезиальное вяжущее
Пример
Состав вяжущего, мас.%
Условия твердения
Предел прочности при сжатии, МПа (28 сут)
Коэффициент водостойкости
Каустический магнезит
Количество
Раствор Mg(HCO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>
1
Магнезит-1
60
40
воздушная среда
46,2
2
Магнезит-2
75
25
41,8
3
Магнезит-3
70
30
44,5
4
Магнезит-1
60
40
Воздушно-влажная среда в эксикаторе
35,3
5
Магнезит-2
75
25
31,5
6
Магнезит-3
70
30
32,7
7
Магнезит-1
60
40
Водная среда
64,6
1,40
8
Магнезит-2
75
25
47,6
1,14
9
Магнезит-3
70
30
52,2
1,17
10
Магнезит-1 (MgO)
65
MgCl<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O 35
Воздушная среда
55,4
11
Магнезит-1 (MgO)
65
MgCl<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O 35
Воздушная, затем водная среда
18,3
0,33