Магнезиальными вяжущими называют порошкообразные материалы, в состав которых входит оксид магния. К ним относят каустический магнезит и каустический доломит. Каустический магнезит получают из природного магнезита, каустический доломит — из природного доломита. Природный магнезит — горная порода, состоящая из углекислой соли магния МgСО3, содержащая различные примеси: глину, кремнезем, углекислый кальций. Природный доломит — горная порода, представляющая собой двойную углекислую соль кальция и магния СаСО3 хМgСО3. Она содержит также глинистые и другие примеси.
Изготовление магнезиальных вяжущих заключается в обжиге и помоле исходного сырья. Обжиг ведут в шахтных и вращающихся печах, помол — в шаровых мельницах. Разложение магнезита происходят при температуре 700–800 oС по реакции MgCO3 = МgO + СО2. Доломит разлагается при температуре 600–700 oС на MgO и СО2. СаСО3 не разлагается и остается балластом. Схватывание и твердение магнезиальных вяжущих происходит по реакции:
MgО + Н2О = Mg(OН)2.
В отличие от других вяжущих они затворяются не водой, а растворами хлористого магния MgСl2 х6Н2О или сернокислого магния MgSO4 х7Н2О. Эти соли повышают растворимость МgО, и скорость взаимодействия ее с водой возрастает. Получаются высокопрочные изделия.
При затворении хлористым магнием соотношение между компонентами принимается следующим: 62–67% МgО и 33–38% МgСl2 х6Н2О. При затворении сернокислым магнием МgО берется 80–84%, a MgSO4 х7Н2О в пересчете на MgSO4 — 16–20%.
Каустический магнезит — вяжущее вещество с насыпной плотностью 700–850 кг/м3, с началом схватывания 20 мин и концом — не позже 6 ч, быстротвердеющее, с прочностью, на сжатие в возрасте 28 суток — 40–60 МПа (может достигать 80–100 МПа).
Каустический доломит имеет насыпную плотность 1050–1100 кг/м3, начало схватывания — 3–10, конец — 8–20 ч, прочность при сжатии — 10–30 МПа.
Магнезиальные вяжущие применяют для устройства ксилолитовых полов, изготовления фибролитовых плит, искусственного мрамора, строительных деталей.
Жидкое растворимое стекло
Жидким (растворимым) стеклом называют водные растворы солей кремниевой кислоты — силиката натрия Nа2О хnSiO2 или силиката калия К2О хnSiO2 (n — силикатный модуль, представляющий отношение числа молекул кремнезема к числу молекул щелочного оксида.Он принимается от 1 до 6,5).
Сырьем для изготовления жидкого стекла служит кварцевый песок SiО2, кальцинированная сода Nа2СО3, сульфат натрия Nа2SO4 или поташ К2СО3. Песок и щелочной компонент сплавляют в стекловаренных печах при температуре 1300–1400 oС в течение 7–10 ч. Взаимодействие между ними протекает по реакциям:
Nа2СО3 + nSiO2 = Nа2ОnSiO2 + СО2;
Nа2SO4 + nSiO2 = Nа2ОnSiO2 + SO3;
К2СО3 + nSiO2 = К2ОnSiO2 + СО2.
Расплав выпускают в вагонетки; после охлаждения он распадается на куски, называемые силикатной глыбой. Она не растворима в воде. Для перевода в растворимое состояние ее обрабатывают в автоклавах паром с давлением 0,5–0,8 МПа и температурой 150 oС.
Твердеет стекло на воздухе в результате высыхания и воздействия углекислого газа воздуха по реакциям:
Nа2О хnSiO2 + СО2 + mН2О = Nа2СО3 + nSiO2 хmН2О;
К2О хnSiO2 + СО2 + mН2О = К2СО3 + nSiO2 хmН2О.
Выделившийся аморфный кремнезем обладает высокими клеящими свойствами: в 3–5 раз выше, чем у цементов. Применяют его в виде коллоидного раствора плотностью 1,36–1,5 г/см3 для изготовления кислостойких и жаростойких бетонов и растворов, силикатизации грунтов. Калиевое стекло применяют для приготовления силикатных красок.
Гидравлические вяжущие вещества
К гидравлическим вяжущим относят гидравлическую известь, романцемент, известесодержащие и шлакощелочные вяжущие, цементы на основе портландцементного и глиноземистого клинкеров, гипсоцементно-пуццолановые и гипсошлакоцементные вяжущие.
Гидравлическая известь
Гидравлической известью называют вяжущее вещество, получаемое обжигом мергелистых известняков, содерщащих от 6 до 20% глинистых примесей. Химический состав сырья и готового вяжущего характеризуется гидравлическим или основным модулем (ОМ) — отношением содержания оксида кальция к кислотным оксидам в процентах по массе:
ОМ = CaO / (SiО2 + Al2О3 + Fе2 O3).
Этот модуль находится в пределах от 1,7 до 9.
Гидравлическую известь подразделяют на сильногидравлическую с ОМ = 1,7...4,5 и слабогидравлическую с ОМ = 4,5...9. При гидравлическом модуле меньше 1,7 получают романцемент, если он больше 9 — воздушную известь.
Производство гидравлической извести включает обжиг сырья и превращение его в порошок. Обжиг ведется в шахтных или вращающихся печах при температуре 900–1100 oС. Превращение в порошок выполняется гашением или помолом. При обжиге происходит разложение СаСО3 на СаО и СО2.
Затем СаО взаимодействует с песчаными и глинистыми примесями. В результате образуется вещество, состоящее из CaO(C), 2CaO хSiO2(C2S), 2CaO хAl2О3 хSiO2 х(C2AS). При наличии в сырье МgСО3 образуется также CaO хMgO хSiO2. Гидравлические свойства извести придают минералы С2S и С2AS.
Истинная плотность гидравлической извести составляет 2,6–3 г/см3, насыпная плотность в рыхлом состоянии — 700–800 кг/м3, в уплотненном — 1000–1100 кг/м3. Начало схватывания — 0,5–2 ч, конец — 8–16 ч. Прочность при сжатии сильногидравлической извести в возрасте 28 суток достигает 5 МПа, слабогидравлической — 1,7 МПа.
Гидравлическую известь применяют для кладочных и штукатурных растворов, бетонов низких марок, эксплуатируемых как в сухих, так и во влажных условиях, а также для изготовления известково-шлаковых и известково-пуццолановых цементов.
Романцемент
Романцементом называют вяжущее вещество, получаемое обжигом мергелей, содержащих не менее 25% глинистых примесей. Кроме того, в его состав вводится до 5% гипса и до 15% минеральных добавок. Мергели должны иметь такой химический состав, чтобы гидравлический модуль был в пределах 1,1–1,7.
Изготовление романцемента состоит из дробления мергеля, его обжига и помола. Обжиг ведут в шахтных и вращающихся печах при температуре 800–1100 oС, помол — в шаровых мельницах. При обжиге происходит образование минералов 2СаО хSiО2(С2S), 2СаО хAl2О3 хSiО2(С2АS), СаО хAl2О3х(СА), 5СаО хЗА12О3(С5А3), 2CaO хFе2О3 (С2F) и 4СаО хА12О3 хFе2О3 (С4АF), способных к гидравлическому твердению. В результате гидратации образуются гидросиликаты кальция CaO хSiO хH2O(В)[CS(В)], трехкальциевый гидроалюминат ЗСаО х Al2О3 х6Н2О(С3АB6) и двух- и трехкальциевый гидроферрит С2FDn хС3FBn, обладающие гидравлическими свойствами.
Романцемент имеет истинную плотность 2,6–3 г/см3, насыпную плотность в рыхлом состоянии 800–1000 кг/м3, в уплотненном — 1000–1300 кг/м3. Начало схватывания — не ранее 20 мин, конец схватывания — 24 ч.
По прочности выпускается марок 25, 50, 100, 150. Его применяют для кладочных и штукатурных растворов, бетонов низких марок, стеновых камней. Не рекомендуется применять для железобетонных конструкций.