магнезиальное вяжущее

Формула изобретения

Магнезиальное вяжущее, содержащее порошок каустического магнезита MgO и жидкость затворения, отличающееся тем, что в состав вяжущего в качестве жидкости затворения входит водный раствор бикарбоната магния Mg(HCO₃)₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

каустический магнезит	60-75
водный раствор бикарбоната магния	25-40

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для получения магнезиального вяжущего и различных изделий на его основе.

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_yд =510-700 м²/кг) диопсид. (Патент РФ № 2306284, МКИ С04В 9/00, 2007). Последний состав обеспечивает получение прочных изделий только при использовании высокодисперсного диопсида.

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% MgCl₂·6H₂ O, а при затворении сульфатом магния состав содержит 80-84% MgO и 16-20% MgSO₄ (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.

Поставленная задача достигается тем, что порошок каустического магнезита или магнезиального цемента (MgO) затворяется водным раствором бикарбоната магния Mg(HCO₃)₂ 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.

В отличие от известного состава, в котором конечными продуктами гидратации вяжущего являются гидрооксид магния и тригидроксихлорид магния 3Mg(OH)₂·MgCl₂·7H ₂O или тригидроксисульфат магния 3Mg(OH)₂·MgSO ₄·8H₂O 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%.

Порошок лежалого каустического магнезита может содержать в своем составе кроме MgO также Mg(OH)₂ и MgCO₃, образующихся при взаимодействии MgO с влагой и углекислотой воздуха. Примеси Mg(OH)₂ и MgCO₃ в предлагаемом составе не снижают активности взаимодействия порошка лежалого магнезита с раствором бикарбоната магния, так как взаимодействие Mg(OH) ₂ с бикарбонатом магния протекает по реакциям (2, 3), a MgCO₃ взаимодействует с диоксидом углерода, образующимся при протекании реакции (2), по реакции:

и получаемый бикарбонат магния по реакции (4) взаимодействует с Mg(OH)₂ по реакции (2).

Используют раствор бикарбоната магния различных концентраций.

Пример конкретного исполнения.

Для получения магнезиального вяжущего использовались свежеобожженный каустический магнезит с содержанием активного MgO - 88% (магнезит-1), лежалый магнезит с содержанием MgO - 53,9%, Mg(OH)₂ - 34,1% (магнезит-2) и лежалый магнезит с содержанием MgO - 38,7%, Mg(OH)₂ - 40,3% и MgCO₃ - 21,0% (магнезит-3). Удельная поверхность магнезитовых порошков составляла 350 м²/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:

После обработки в автоклаве с мешалкой водный раствор содержал 150 г/л Mg(HCO₃)₂ (пример 1), 35 г/л (пример 2) и 100 г/л (пример 3).

При изготовлении образцов к исходному магнезиту приливали раствор Mg(HCO₃)₂ 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.

В этой же таблице представлены результаты определений прочности и водостойкости образцов, полученных затворением магнезита-1 раствором MgCl₂ 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(HCO3)2
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	MgCl2 ·6H2O 35	Воздушная среда	55,4
11	Магнезит-1 (MgO)	65	MgCl2·6H2O 35	Воздушная, затем водная среда	18,3	0,33