Магнезиальные вяжущие вещества

Содержание

1. Введение……………………………………………………………………  2

2. Основная  часть

2.1. Магнезиальные вяжущие вещества. Описание и получение…….    4

2.2.Магнезиальное вяжущее: свойства и применение……………….  8

2.3. Магнезит. Материалы и применение в строительстве………….  10

3. Заключение…………………………………………………………………  13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 

Современной строительной наукой описан своеобразный «портрет» идеального материала будущего: «Он должен быть универсален - обладать одновременно высокими конструктивными способностями и теплоизолирующими свойствами; совершенно обязательно, чтобы он был негорючим, долговечным, влагостойким, экологически чистым и обладал достаточными декоративными качествами, исключающими необходимость в дополнительной наружной и отчасти внутренней отделки зданий и сооружений; желательно, чтобы он был получен из минерального сырья». К этому следует добавить, что подобный материал должен производиться на существующем технологическом оборудовании и, самое главное, быть конкурентоспособным в сравнении с узко-профильными материалами-аналогами.  
Но, как часто это бывает, все новое - это хорошо забытое старое, с которого лишь необходимо стряхнуть «вековую пыль» и слегка модернизировать. Оказывается, предшествующие поколения решили нашу проблему еще 150 лет назад.  
История магнезиальных цементов насчитывает много столетий. Так магнезиальные цементы на основе фосфата магния из ферментированных растительных материалов и обожженной магнезии использовались древними строителями для кладки кирпичных стен во многих странах древнего мира. Эти цементы были обнаружены в Великой Китайской стене. Многие ступы в Индии, построенные с использованием магнезиальных цементов, стоят и сегодня. Смеси оксида магния были использованы в древние времена в Германии, Франции, Мексике и Латинской Америке, Швейцарии, Индии, Китае, Новой Зеландии и других странах. Еще в древности была замечена высокая совместимость магнезиальных вяжущих с древесными материалами. В Германии в течение сотен лет магнезиальные цементы применялись в строительстве, искусство их изготовления и применения передавалось из поколения в поколение. Новее открытие магнезиального цемента было сделано в ХIХ веке в 1867 году французским инженером Станиславом Сорелем, который описал состав и свойства этого вяжущего вещества, получил первые патенты на этот материал, а также  положивший начало его применению в строительстве, и названию московской производственно-строительной компании «Сорель-Эколоджи». Станислав Сорель совместно с Густавом Бишофом (Германия) был изобретен и широко ныне применяем материал ксилолит, представляющий собой смесь магнезиального вяжущего древесных опилок и щепы, а также мелкого заполнителя. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основная часть

 
1. Магнезиальные  вяжущие вещества. Описание и  получение.

К магнезиальным вяжущим веществам относят каустический магнезит (MgO) и каустический доломит (MgO + СаСО3) - это тонкодисперсные порошки, активной частью которых является оксид магния.

Получают магнезиальные вяжущие вещества умеренным (до 700-800 °С) обжигом магнезита (реже доломита). При этом карбонат магния диссоциирует с образованием оксида магния MgCO3 → MgO + СО2, а карбонат кальция СаСО3 (в доломите) остается без изменения и является балластной частью вяжущего. Обожженный продукт размалывают.

Будучи затворенный водным раствором магниевых солей, близких по составу к морским, каустический магнезит образует пластическую массу, обладающую вяжущими свойствами, которая в результате твердения образует высокопрочный эластичный цементный камень. Магнезиальные вяжущие принято затворять раствором хлорида или сульфата магния - бишофитом. В этом случае гидратация протекает значительно быстрее с образованием гидрата оксид хлорида магния (3MgO • MgCl2 • 6Н2О), уплотняющего образующийся материал. При затворении каустического магнезита и доломита водой процессы гидратации протекают медленно и затвердевший камень имеет небольшую прочность. 
Магнезит обжигают главным образом в шахтных или вращающихся печах, в то время как доломит обжигают обычно только в шахтных печах с выносными топками, хотя для этой цели могут быть использованы печи и других типов.  
Сроки схватывания каустического магнезита зависят от температуры обжига и тонкости помола и обычно находятся в пределах: начало - не ранее 20 минут, конец - не позднее 6 часов.

Твердение начинается интенсивно, и через сутки вяжущее достигает прочности 10- 15 МПа, через 28 суток воздушного твердения прочность составляет 30-50 МПа. В жестких смесях прочность может достигать 100 МПа.

Теоретические основы обжига магнезита и доломита.

Диссоциация MgCO3 начинается уже при 400°С, но быстрое разложение происходит при температуре свыше 600°С. При этом выделяется 95-96 % СО2, остаток СО2 выделяется лишь при 900-1000°С. Реакция разложения магнезита идет с выделением тепла Q=121 кДж, она обратима:

MgCO3 ↔ MgO + CO2

MgO в зависимости  от температуры получается в  различном состоянии. При 650-800°С  – это рыхлый порошок плотностью  около 2,3 г/см3. При повышении температуры  обжига наблюдается рост кристаллов, рекристаллизация и повышение  плотности. Так, при 1200°С размер кристаллов MgO составляет 0,05-0,08, а при 1400°С - 1-4 мкм. Примеси существенно влияют на  скорость рекристаллизации. Активность MgO и скорость гидратации с  повышением температуры резко  снижается. Так, если MgO, обожженный  при 800°С, гидратируется на 75,4%, то MgO, обожженный при 1300°С, лишь 14,62%. Поданным  А.Я. Вайвада, высокая активность MgO, обожженного при низких температурах, объясняется тем, что он обладает  значительным количеством атомных  дефектов. Для получения активного MgO, способного быстро гидратироваться, магнезит обжигают при температуре ~700-750°С. При повышении температуры  обжига вяжущие свойства резко  ухудшаются. А в процессе обжига  при 1400°С получается так называемый  намертво обожженный магнезит, используемый  в металлургической промышленности  для изготовления огнеупоров. Плотность  металлургического магнезита – 3,5- 3,6 г/см3, твердость – 5,5.

Нужно отметить, что MgO получают не только из магнезита, но ииз Mg(OH)2. Гидратная вода удаляется при температуре 385-410°С. На практике обжиг Mg(OH)2 рекомендуется проводить при температуре примерно 500°С. Оксид магния, выделенный из Mg(OH)2, более активен, чем из MgCO3. при изучении процессов получения MgO установлено, что в первоначальный период он сохраняет структуру исходного вещества. Так, при разложении Mg(OH)2 образуется MgO со слоистой структурой брусита, а при разложении MgCO3 своеобразные псевдоморфозы, сохраняющие внешние очертания магнезита.

Разложение доломита происходит в интервале температур 700-900°С, причем на термограмме есть два эндотермических эффекта: первый – в интервале температур 720-760°С, второй – при 895-910°С. Следовательно, процесс идет в две стадии. Относительно характера процессов, протекающих на каждой из стадий, существуют различные точки зрения. Наиболее вероятной, вследствие научных исследований, является диссоциация, на первой стадии которой образуются MgO и CaCO3:

CaMg(CO3)2 =CaCO3 + MgO + CO2,

а на второй стадии СaCO3 = CaO + CO2 .

Существуют также предположения, что кроме MgO на первой стадии диссоциации образуется твердый раствор карбонатов MgCO3 ∙ n CaCO3 либо основный карбонат CaCO3 ∙ MgO. Однако рентгенографически ни твердый раствор, ни основный карбонат обнаружить не удалось.

Производство магнезиальных вяжущих. Производство магнезиальных вяжущих состоит из предварительного измельчения сырья, обжига и помола. 
В зависимости от конструкции печей дробление производится до кусков различных размеров. При обжиге сырья в шахтных печах средний размер кусков обычно составляет 50-60 мм, при обжиге во вращающихся - 10-15 мм. 
Диссоциация магнезита и доломита – процесс эндотермический. Дляразложения 1 кг магнезита необходимо 1440 кДж теплоты, а для полной диссоциации доломита немного больше.

Для обжига магнезита применяют шахтные печи с выносными топками либо вращающиеся печи. В шахтных печах поддерживают температуру 700-800, во вращающихся – 900-1000°С. Более высокая температура обжига во вращающихся печах объясняется тем, что длительность пребывания материала в них значительно меньше. Производительность шахтных печей обычно составляет 20-30 т/сут, расход топлива – 10-15% массы готового продукта. Производительность вращающихся печей - 50-120 т/сут, расход топлива – 20-30%.

Обожженный материал дробят в шаровых мельницах. Если обжиг ведут в шахтной печи, то перед помолом производится дробление. Тонкость помола каустического магнезита должна быть такой, чтобы остаток на сите № 02 не превышал 5%, а на сите № 008 – 25%. Магнезит упаковывают в металлические барабаны для предотвращения гидратации.

По ГОСТу каустический магнезит делится на 4 марки: 
ПМК-88, ПМК-87, ПМК-83, ПМК-75, с содержанием МgO соответственно не менее 88, 87, 83 и 75 %. Магнезит ПМК-88 применяют для специальных целей, магнезит ПМК-87 и ПМК-83 предназначены для химической, энергетической и стекольной промышленности, магнезит ПМК-75 можно использовать в качестве вяжущего. 
Процесс производства каустического доломита практически не отличается от производства каустического магнезита. В зависимости от температуры обжига из доломита можно получить материалы различного состава и назначения: при температуре ~750°С – каустический доломит, состоящий из MgO и CaCO3, при 800-850°С – доломитовый цемент, состоящий из MgO, CaO, и CaCO3, при 900-1000°С – доломитовую известь, состоящую из MgO и СaO, при 1400-1500°С –металлургический доломит, обжигаемый до спекания. 
Для получения каустического доломита обжиг следует вести так, чтобы продукт содержал возможно больше MgO и минимальное количество CaO. Плотность каустического доломита должна находиться в пределах 2,78- 2,85 г/см3.Более высокая плотность свидетельствует о высоком содержании свободной извести. 

 

2. Магнезиальное  вяжущее: свойства и применение.

Уникальность магнезиального вяжущего вещества заключается в сочетании его высоких вяжущих свойств и совместимости практически с любыми видами заполнителей, в том числе органического природного и искусственного происхождения. 

Цементный камень, образующийся на основе магнезиального вяжущего вещества, является твердым раствором солей сложного состава. Именно на основе магнезиальных вяжущих получают различные камнеподобные материалы с заранее заданными свойствами под общим названием «магнолит». 
В зависимости от того, какие наполнители используются, магнолит обладает следующими свойствами: 

• механической прочностью при сжатии, на уровне самых высокопрочных бетонов, (а при изгибе прочность превосходит бетоны в 3-5 раз! без использования дополнительных армирующих материалов), а также короткими сроками ее набора. Кроме того, это наиболее прочный из всех известных теплоизоляционных строительных материалов на минеральных вяжущих при равной с ними плотности; 

• атмосферостойкостью на уровне большинства традиционных строительных материалов; 

• абсолютной маслостойкостью и солестойкостю (при воздействие масел, нефтепродуктов, морской воды магнолиты только набирают прочность); 

• декоративностью, то есть возможностью достоверно имитировать многие природные материалы (от дерева до малахита), чему способствует совместимость с различными пигментами, отличная полируемость, прозрачность вяжущего в тонком слое; 

• пожаробезопасностью - при достаточной массивности конструкции из магнолита выдерживают пожар 5-й категории без деструкции материала и выделения каких-либо канцерогенных веществ; 

• фунгицидностью, бактерицидностью и биоцидностью, что не позволяет развиваться грибкам и бактериям, а горько-соленый вкус бишофита препятствует также появлению насекомых и грызунов; 

• обладает низкой диэлектрической проницаемостью и электропроводностью, стабильной во времени и мало зависящей от влажности окружающей среды. Для производства конструкций специального назначения, предназначенных для защиты от электромагнитных излучений, этот материал не заменим. Поверхности конструкций из магнезита не электризуются и исключают образование искр. 

• магнезиальные напольные покрытия беспыльны, практически не имеют усадки, т.е. устраиваются сплошным покрытием не требуется нарезка деформационных швов, долговечны и высокопрочны, обладают высокой твердостью и низкой истираемостью, устойчивы к ударным нагрузкам. Обладают высокой адгезией практически ко всем видам органических и минеральных заполнителей в составе вяжущего, а также хорошим сцеплением к бетонным, кирпичным, деревянным основаниям.

Помимо прочих достоинств, консервирующие свойства магнолита позволяют применять даже токсичные заполнители при производстве строительных изделий, которые впоследствии будут иметь фон, удовлетворяющий санитарным нормам. А значительное количество химически связанной воды в магнезиальном цементном камне делает магнолит лучшим из существующих бетонов для биологической защиты от радиационного поражения. Магнезиальное вяжущее вещество и изделия на его основе являются биологически инертными, то есть экологически безопасными. 

Нет никаких сомнений в том, что у такого материала в России, где сосредоточено более половины мировых запасов магнезиального сырья, могут быть просто блестящие перспективы. И не случайно в последнее время наблюдается значительный всплеск интереса к нему.  
Большинство препятствий на пути массового применения магнолита как строительного материала уже преодолены. Наряду с действующим предприятием по добыче магнезиального сырья разведаны и подготовлены к добыче ряд новых месторождений магнезитов на Урале и в Восточной Сибири, ведется промышленная добыча бишофита скважинным методом. Бишофит представляет собой уникальный по своему составу экологически чистый минерал - водный хлорид магния (MgCl2∙6H2O) и является продуктом кристаллизации солей замкнутых водных бассейнов. Впервые выявлен в цехштейнових отложениях Германии немецким ученым Густавом Бишофом, в честь которого со временем этот минерал был и назван.