Цементы на основе щелочных силикатов

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 воздуха не более 60%.

Каустический магнезит получают обжигом природного магне­зита MgC0₃ в шахтных или вращающихся печах при температуре 750...850°С и помолом продукта обжига. При обжиге происходит разложение карбоната магния по реакции: MgC0₃ = MgO + С0₂.

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

Каустический доломит отличается от каустического магнезита пониженным качеством и производится ввиду того, что природ­ные запасы магнезита ограничены. Вяжущее (MgO • СаС0₃) полу­чают обжигом природного доломита (СаС0₃ • MgC0₃) при темпе­ратуре не выше 720... 750 °С, с тем чтобы происходила диссоциация только MgC0₃, а СаС0₃ не подвергался бы разложению, ина­че получится доломитовая известь. Примесь инертного СаС0₃ обус­ловливает понижение прочности каустического доломита по срав­нению с каустическим магнезитом примерно в 2 раза.

Магнезиальные вяжущие вещества затворяются растворами MgCl₂, MgS0₄, FeS0₄ и др. При затворении одной водой проч­ность их получается низкой, так как в воде MgO практически не растворяется. Растворимость MgO в растворе MgCl₂ достаточно высока. Поэтому из пересыщенного раствора MgO в хлористом магнии выделяется практически нерастворимый в воде Mg(OH)₂. Параллельно образуется оксихлорид магния 3MgO- MgCl₂ -6H₂0.

Магнезиальные вяжущие вещества 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.

 

Жидкое стекло — вязкая прозрачная жидкость, представля­ющая собой раствор в воде так называемого растворимого стек­ла — силиката натрия Na₂0 • «Si0₂ (реже — калия К₂0 • «Si0₂), где п = Si0₂/Na₂0 — силикатный модуль (для Na₂0/iSi0₂ п = = 2,0...3,5; для К₂0 • «Si0₂ п = 3,5...4,5). Растворимое стекло полу­чают так же, как обычное, — варкой (плавлением) сырьевой ших­ты в стеклоплавильных печах при температуре 1 300... 1 400°С. Шихта натриевого стекла состоит из высушенного и просеянного кварцевого песка и соды Na₂C0₃ (или сульфата натрия Na₂S0₄). Для получения калиевого стекла вместо соды применяют поташ К₂С0₃. Реакция силикатообразования протекает по схеме

Si0₂ + Na₂C0₃ -» Na₂0 • «Si0₂ + C0₂T

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 выполняется 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 С0₂ воздуха и высыхания:

Na₂0 «Si0₂+ С0₂+ Н₂0 -> nSi0₂-aq + Na₂C0₃

Вяжущие свойства такой системы обусловлены гелем кремне-кислоты, 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 С0₂ 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: фер-рохромовый шлак и нефелиновый шлам. Твердение происходит по схеме

Na₂0 • «Si0₂ + 2СаО • Si0₂ + Н₂0 -» СаО • mSiO.aq + Si0₂aq + + (Са, Na₂)0 • Si0₂aq

Продуктами твердения являются гель кремнезема, низкооснов­ные гидросиликаты кальция и натриевокальциевые гидросилика­ты.

Широкое распространение среди жидких отвердителей полу­чили растворы алюмината натрия (Na₂0 • А1₂0₃) и кремнефтори-стоводородной кислоты (H₂SiF₆).

Кислотоупорный цемент состоит из двух компонентов:

1) раствора жидкого стекла со средней плотностью 1,345 г/см³ и п = 2,6...3,0;

2) тонко измельченной смеси, состоящей из 94...96% мине­рального наполнителя, отличающегося высокой кислотостойкос-тью (кварца, кварцитов, вулканической лавы, диабаза, андези­та) и 4...6% ускорителя твердения — кремнефтористого натрия (Na₂SiF₆).

Компоненты смешивают в соотношении примерно 1:4 (жид­кое : твердое). Добавка Na₂SiF₆ не только ускоряет процесс твердения кислотоупорного цемента, но и повышает его водостой­кость. Начало схватывания кислотоупорного цемента должно на­ступать не ранее чем через 20 мин, конец — не позднее чем через 8 ч. Предел прочности цемента 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, где возможен контакт бетона с кислотами. Однако этот це­мент неустойчив в растворах плавиковой, кремнефтористоводо-родной и фосфорной кислот, а также в растворах щелочей.