Магнезиальные вяжущие материалы¶

Магнезиальные вяжущие материалы — группа воздушных минеральных вяжущих веществ, получаемых на основе оксида магния (MgO) и растворов солей магния (обычно хлорида или сульфата). В отличие от портландцемента, они твердеют только на воздухе и не обладают водостойкостью, однако характеризуются высокой прочностью, быстрым схватыванием и хорошей адгезией к органическим наполнителям.

¶История

Первые сведения о магнезиальном цементе относятся к 1867 году, когда французский химик Станислас Сорель запатентовал состав на основе жжёного магнезита и водного раствора хлорида магния. Полученный материал, названный цементом Сореля, быстро нашёл применение в производстве искусственного камня, ступеней лестниц и декоративных элементов. В Российской империи промышленное производство магнезиальных вяжущих началось в конце XIX века на Урале, где были открыты крупные месторождения магнезита (Саткинское месторождение). В советский период технология применялась для изготовления ксилолита — материала на основе магнезиального вяжущего и древесных опилок, использовавшегося для устройства полов в общественных зданиях.

¶Сырьё и производство

Основным сырьём служат природные карбонатные породы — магнезит (MgCO₃) и доломит (CaMg(CO₃)₂). Процесс производства включает обжиг сырья при различных температурах:

• Каустический магнезит — получают обжигом магнезита при температуре 600–800 °C. Обладает высокой активностью и используется как основное вяжущее.
• Доломитовое вяжущее (каустический доломит) — продукт обжига доломита при 650–750 °C, содержит смесь оксидов магния и кальция.
• Спечённый периклаз — обжиг при 1500–2000 °C, применяется для изготовления огнеупорных изделий, в строительстве как вяжущее не используется.

После обжига сырьё измельчается до тонкости помола, аналогичной цементной (удельная поверхность 3000–5000 см²/г). Химическая активность продукта определяется содержанием свободного оксида магния и дефектностью кристаллической решётки.

¶Механизм твердения

Твердение магнезиальных вяжущих происходит при затворении порошка MgO водными растворами солей. В зависимости от применяемого затворителя различают две основные системы:

¶Хлормагнезиальное вяжущее (цемент Сореля)

Затворяется раствором хлорида магния (MgCl₂·6H₂O) плотностью 1,2–1,3 г/см³. При взаимодействии образуются основные хлориды магния — оксихлориды вида xMgO·MgCl₂·yH₂O (фазы 3-1-8 и 5-1-8). Процесс протекает быстро: начало схватывания наступает через 20–60 минут, конец — через 2–6 часов. Прочность при сжатии через 28 суток достигает 40–60 МПа, что сравнимо с тяжёлым бетоном.

¶Сульфомагнезиальное вяжущее

Затворяется раствором сульфата магния (MgSO₄·7H₂O). Образуются оксисульфаты магния. Материал отличается меньшей гигроскопичностью и большей стабильностью, но уступает хлормагнезиальному по прочности (обычно 20–40 МПа). Сульфатный вариант предпочтителен при производстве материалов, контактирующих с металлическими элементами, так как хлориды вызывают коррозию стали.

¶Свойства

• Высокая механическая прочность — до 60 МПа при сжатии и до 10 МПа при изгибе.
• Быстрое твердение — распалубочная прочность достигается через 4–8 часов.
• Отличная адгезия к дереву, стекловолокну, минеральным наполнителям.
• Низкая теплопроводность в сочетании с органическими заполнителями.
• Недостатки: низкая водостойкость (размягчение при длительном увлажнении), гигроскопичность хлормагнезиальных составов, коррозионная активность к стальной арматуре.

¶Применение

Основные области использования магнезиальных вяжущих:

• Производство ксилолитовых полов — смесь каустического магнезита, опилок и раствора хлорида магния, укладываемая монолитно или в виде плит.
• Изготовление фибролитовых плит — теплоизоляционных и акустических материалов на основе древесной шерсти.
• Производство искусственного мрамора и декоративных изделий — благодаря способности к полировке и имитации природного камня.
• Стекломагниевые листы (СМЛ) — современный отделочный материал на основе магнезиального вяжущего, армированного стеклосеткой.
• Огнеупорные составы — на основе спечённого периклаза с химическими связками.
• Тампонажные составы в горнодобывающей промышленности для закрепления скважин.

¶Экологические аспекты

Производство магнезиальных вяжущих характеризуется более низкими выбросами CO₂ по сравнению с портландцементом (температура обжига ниже, а сырьё не содержит карбоната кальция в больших количествах). Однако применение хлорида магния ограничивает использование материала в конструкциях с металлическим армированием. В Российской Федерации действуют технические условия на магнезиальные вяжущие (ГОСТ 1216-87 «Магнезит каустический порошок»), регламентирующие их состав и свойства.