МАГНЕЗИАЛЬНОЕ ВЯЖУЩЕЕ
MAGNESIA CEMENT

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении плит и панелей, предназначенных для внутренней и наружной облицовки зданий, напольных покрытий, лестничных ступеней, полов, стяжек под напольные покрытия, а также строительных сухих смесей.
6
3
Известно магнезиальное вяжущее (см. пат. 2121987 РФ, МПК С04В 28/30, 1998), включающее, вес.%: магнезитовый порошок 15-40, водный раствор хлорида магния плотностью 1,07-1,25 г/см 10-45, минеральную добавку из электротермофосфорного шлака или пиритных огарков или их смесь 2-10, химическую добавку в виде суперпластификатора или кремний-органической жидкости или их смеси 0,007-0,7 и минеральный наполнитель - остальное. Магнезиальное вяжущее имеет водостойкость (коэффициент размягчения) - 0,88-1,0, прочность вяжущего при сжатии составляет 25,5-62,4 МПа. Коэффициент размягчения определяли по отношению прочности на сжатие образцов, насыщенных водой в течение 24 ч и затем высушенных, к прочности образцов, хранившихся в комнатных условиях в течение 28 суток.
Данное вяжущее имеет относительно высокий коэффициент размягчения, который определялся, однако, по методике для воздушных вяжущих, что ограничивает его использование в условиях повышенной влажности. К недостаткам следует также отнести повышенный расход раствора хлорида магния. Кроме того, в характеристике свойств вяжущего отсутствуют данные о склонности образцов к растрескиванию.
2
2
2
3
Известно также принятое в качестве прототипа магнезиальное вяжущее (см. Смешанные магнезиальные вяжущие / Тюкавкина В.В., Крашенинников О.Н., Гуревич Б.И., Гришин Н.Н., Пирайнен В.Ю., Трифонов В.В. Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН, ОАО "ЦНИИМ-ИНВЕСТ" - Апатиты, 2010. - 20 с. - Деп. в ВИНИТИ 15.03.2010, №158-В2010), включающее каустический магнезит (ПМК), раствор хлорида магния MgCl плотностью 1,21 г/см в качестве затворителя и гранулированный медно-никелевый магнезиальный шлак в качестве железокремниевой добавки. Соотношение компонентов MgCl:ПМК: шлак равно соответственно 1:1,5:0,25-1,25, что в пересчете на мас.% составляет: каустический магнезит 40-51, раствор MgCl 27-45, шлак 8-33. Магнезиальное вяжущее имеет водостойкость 0,17-0,43, прочность вяжущего при сжатии составляет 36,8-67,6 МПа.
Недостатками известного магнезиального вяжущего являются его низкая водостойкость и склонность к растрескиванию.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в получении магнезиального вяжущего с повышенной водостойкостью и структурой, не склонной к растрескиванию, при сохранении его прочности.
3
3
3
Технический результат достигается тем, что магнезиальное вяжущее, включающее каустический магнезит, раствор хлорида магния в качестве затворителя и магнезиальную железокремниевую добавку на основе медно-никелевого отвального шлака, согласно изобретению вяжущее содержит раствор хлорида магния плотностью 1,20-1,25 г/см или раствор сульфата магния плотностью 1,15-1,20 г/см, а в качестве магнезиальной железокремниевой добавки - раствор соляно- или сернокислотного выщелачивания магнезиального медно-никелевого отвального шлака плотностью 1,1-1,3 г/см при следующем соотношении компонентов, мас.%:
каустический магнезит
55-63
раствор хлорида магния или
25-27
сульфата магния
21-29
раствор соляно- или сернокислотного выщелачивания
магнезиального медно-никелевого отвального шлака
12-20
2
-
Достижению технического результата способствует то, что раствор солянокислотного выщелачивания содержит, г/л: 10,9-24,4 Fe, 13,2-26,8 SiO, 2,8-8,1 MgO, 33,0-37,5 Cl и имеет рН 0,2-2,2.
2
4
2-
Достижению технического результата способствует также то, что раствор сернокислотного выщелачивания содержит, г/л: 17,5-37,5 Fe, 19,3-36,0 SiO, 3,3-11,0 MgO, 52-110 SO  и имеет рН 0,1-3,0.
Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.
Каустический магнезит является быстротвердеющим вяжущим веществом, обладающим высокой конечной прочностью. Содержание каустического магнезита 55-63 мас.% необходимо и достаточно для получения водостойкой структуры с требуемой прочностью. Количество каустического магнезита менее 55 мас.% приводит к снижению прочности, увеличению пористости и значительным усадкам материала, а количество магнезита более 63 мас.% снижает подвижность смеси, что ограничивает ее применение для целей заливки и тампонирования.
3
3
Использование в составе вяжущего раствора хлорида магния или сульфата магния обусловлено следующим. Раствор хлорида магния является наиболее распространенным затворителем, обеспечивающим повышенную прочность вяжущего. В качестве затворителя может быть также использован раствор сульфата магния, который при несколько пониженной прочности придает вяжущему повышенную водостойкость и низкую гигроскопичность. Содержание раствора хлорида магния плотностью 1,20-1,25 г/см в количестве 25-27 мас.% или раствора сульфата магния плотностью 1,15-1,20 г/см в количестве 21-29 мас.% необходимо и достаточно для создания удобоукладываемой смеси и получения в дальнейшем прочной и водостойкой структуры. Количество раствора хлорида магния менее 25 мас.% или раствора сульфата магния менее 21 мас.% ведет к нежелательному уменьшению подвижности смеси. При введении раствора хлорида магния в количестве более 27 мас.% или раствора сульфата магния в количестве более 29 мас.% возрастает подвижность смеси, что приводит к снижению прочности, увеличению пористости и значительной усадке вяжущего.
3
Введение в состав вяжущего в качестве магнезиальной железокремниевой добавки раствора соляно- или сернокислотного выщелачивания магнезиального медно-никелевого отвального шлака плотностью 1,1-1,3 г/см обеспечивает получение водостойкой структуры вяжущего, не склонной к растрескиванию, и снижение расхода затворителя. Введение добавки в количестве 12-20 мас.% позволяет получить водостойкое вяжущее без снижения его прочности. Количество раствора выщелачивания менее 12 мас.% снижает водостойкость вяжущего, а количество раствора более 20 мас.% приводит к снижению прочности вяжущего.
Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в получении магнезиального вяжущего с повышенной водостойкостью и структурой, не склонной к растрескиванию, при сохранении прочности вяжущего.
В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие исходные компоненты магнезиального вяжущего и их количественные соотношения.
2
-
Использование в качестве компонента вяжущего раствора солянокислотного выщелачивания состава, г/л: 10,9-24,4 Fe, 13,2-26,8 SiO, 2,8-8,1 MgO, 33,0-37,5 Cl, с рН 0,2-2,2 обусловлено условиями выщелачивания отвального шлака и расходом реагентов. При рН больше 2,2 происходит коагуляция раствора, вследствие чего он превращается в гель, а при рН меньше 0,2 увеличивается расход кислоты на выщелачивание и образуются более агрессивные кислые растворы. Кроме того, использование слишком кислых растворов ведет к излишней нейтрализации магнезита и снижению качества вяжущего.
2
4
2-
Аналогичным образом, использование в качестве компонента вяжущего раствора сернокислотного выщелачивания состава, г/л: 17,5-37,5 Fe, 19,3-36,0 SiO, 3,3-11,0 MgO, 52-110 SO , с рН 0,1-3,0 обусловлено условиями выщелачивания отвального шлака и расходом реагентов. При рН больше 3,0 происходит коагуляция раствора, а при рН меньше 0,1 увеличивается расход кислоты на выщелачивание.
Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют получить оптимальный состав магнезиального вяжущего с точки зрения обеспечения повышенной водостойкости вяжущего и ограничения растрескивания при сохранении прочности вяжущего.
Для получения магнезиального вяжущего используют следующие компоненты.
2
2
3
2
3
3
Каустический магнезит - порошок магнезитовый каустический ПМК-87. Химический состав, мас.%: MgO - 89,5, СаО -1,15, SiO - 0,12, FeO - 1,39, AlO - 0,12, потери массы при прокаливании - 6,31. Плотность ПМК - 3,25 г/см, остаток на сите №02 - 0,2 мас.%, №009 - 2 мас.%. Начало схватывания 1-10 ч-мин, конец схватывания 1-45 ч-мин, предел прочности при растяжении 2,2 МПа. Все показатели соответствуют ГОСТ 1216 -87.
3
3
Хлорид магния (природный бишофит плотностью 1,31 г/см). Использовали водный раствор плотностью 1,20-1,25 г/см.
4
2
4
2
3
Сульфат магния (MgSO·7HO, марки ч., ГОСТ 4523-77, содержание MgSO·7НО - 99%). Использовали водный раствор плотностью 1,15-1,20 г/см.
2
-
3
Раствор солянокислотного выщелачивания магнезиального медно-никелевого шлака состава, г/л: 10,9-24,4 Fe, 13,2-26,8 SiO, 2,8-8,1 MgO, 33,0-37,5 Cl, с рН 0,2-2,2 и плотностью 1,1-1,3 г/см.
2
4
2-
3
Раствор сернокислотного выщелачивания магнезиального медно-никелевого шлака состава, г/л: 17,5-37,5 Fe, 19,3-36,0 SiO, 3,3-11,0 MgO, 52-110 SO , с рН 0,1-3,0 и плотностью 1,1-1,3 г/см.
Приготовление вяжущего согласно изобретению осуществляют путем смешения расчетного количества каустического магнезита, раствора соли магния и раствора солянокислотного или сернокислотного выщелачивания магнезиального медно-никелевого шлака. Первоначально в мешалку заливают раствор хлорида магния или раствор сульфата магния и раствор солянокислотного или сернокислотного выщелачивания магнезиального медно-никелевого шлака, перемешивают растворы, затем вводят каустический магнезит марки ПМК-87 частями в 4-5 приемов. Смесь перемешивают в течение 5-10 мин до получения однородной консистенции. Подвижность смеси определяли согласно ГОСТ 5802-86. Она составила 10 см.
Для определения характеристик вяжущего формовали образцы, которые подвергали твердению в формах при нормальных условиях в течение 1 суток. Затем образцы расформовывали, осматривали, замеряли и взвешивали. Три образца испытывали в возрасте 1 суток, три образца подвергали твердению на воздухе и три - в воде. Через 28 суток образцы испытывали. В течение всего времени твердения образцы ежедневно осматривали и фиксировали изменения. Прочность при сжатии определяли по ГОСТ 310.4-81. Водостойкость (коэффициент размягчения) определялась как отношение прочности материала, насыщенного в воде в течение 27 суток, к прочности материала, твердевшего на воздухе в нормальных условиях в течение 28 суток.
В Таблице 1 приведены Примеры 1-6 составов магнезиального вяжущего согласно изобретению, а также Примеры 7 и 8 по прототипу с хлоридом и сульфатом магния соответственно. В Таблице 2 приведены составы растворов солянокислотного (Примеры 1-3) и сернокислотного (Примеры 4-6) выщелачивания магнезиального медно-никелевого шлака. В Таблице 3 указаны свойства составов магнезиального вяжущего согласно Примерам 1-8.
Из данных, приведенных в Таблице 3, видно, что предлагаемое магнезиальное вяжущее по сравнению с прототипом имеет более высокую водостойкость (0,88-1,06) при достаточно высокой прочности, особенно при использовании солянокислотных компонентов, а также структуру, не склонную к растрескиванию.