Полы на основе магнезиальных вяжущих веществ

Войтович В. Спирин Г. Полы на основе магнезиальных вяжущих веществ // Строительные материалы. 2003 . №9. C. 8-9

Опыт устройства и эксплуатации полов на основе магнезиальных вяжущих веществ (МВВ) позволяет сделать вывод, что они уникальны. В них удачно сочетаются высокие прочность при ударе, сжатии, изгибе и растяжении, износостойкость, негорючесть, беспыльность, адгезия к бетонным основаниям, антиэлектростатичность, маслобензостойкость, высокая технологичность производства работ, низкая пористость получаемой поверхности, практическая безусадочность (деформация усадки не превышает 0,05%).

Причина малых масштабов устройства полов на основе МВВ в том, что до недавнего времени были очень дефицитны и дороги как каустический магнезит, так и водорастворимые соли магния ? основные вещества, сочетание которых и есть магнезиальные вяжущие, изобретенные французом Сорелем в 1867 г.

Дефицит и высокая цена были обусловлены тем, что вплоть до конца прошлого века каустический магнезит (оксид магния) и хлорид магния производились двумя предприятиями далеко от центра России - места наиболее высокого спроса на МВВ. В настоящее время производство каустического магнезита начато в Иркутской области, организуется еще в ряде районов России.

Уже в ближайшие годы оксид магния, пригодный для МВВ, может стать более доступным для потребителей, так как планируется запустить производство этого вещества из доломита. Предложены способы термического и химического разложения доломита с образованием активного оксида магния [1]. Основываясь на этом, можно утверждать, что оксид магния выведен из разряда дефицитных веществ. В России доломитом особенно богата центральная часть ? Московская, Нижегородская, Владимирская области, ? которые в недалеком будущем могут стать самыми крупными потребителями МВВ.

Доступными стали и водорастворимые соли магния. Во-первых, выросло производство хлорида магния ? наиболее широко используемого компонента МВВ, во-вторых, появилась возможность в больших количествах использовать сульфат магния, поскольку авторами разработан простой способ его получения из доломита [1], в-третьих, можно использовать давно уже существующий способ получения солей магния путем обработки каустического магнезита соляной или сер-ной кислотами или их смесью [2].

Наряду с водорастворимыми солями магния, МВВ можно получать и из растворимых солей алюминия или двухвалентного железа. Среди них особый интерес представляет железный купорос (FeSO4 х 7H2O), который образуется в виде отхода на многих металлообрабатывающих предприятиях при стравливании с поверхности стальных изделий окалины.

Авторами были проведены исследования влияния сульфата железа на основные свойства изделий, изготовленных из каустического магнезита и железного купороса, полученного на заводе ?Этна? (Нижний Новгород). Установлено, что прочность изделий, изготовленных из МВВ с его применением, ниже, а гигроскопичность выше, чем при использовании хлорида магния.

Однако если в качестве основного сокомпонента брать сульфат магния, а сульфат железа добавлять к нему в определенных количествах, то можно и в этом случае достигать необходимых прочности и гигроскопичности, а стоимость изделий заметно снижать.

Механизм процесса твердения, протекающего при затворении каустического магнезита смесью сульфата магния с сульфатом железа, может быть отражен следующими схемами химических реакций:




Образующийся по реакции (3) тригидроксид железа, будучи нерастворимым, а в момент образования ? клейким веществом, увеличивает влагостойкость изделий.

Однако для получения изделий на основе МВВ с наилучшей совокупностью свойств следует использовать только сульфат магния, хотя он заметно дороже хлорида магния. В частности, использование сульфата магния в сочетании с каустическим доломитом позволяет снизить отрицательное воздействие небольших (до 5%) количеств гидроксида кальция. Это происходит потому, что сульфат магния переводит активную известь в инертный гипс, не мешающий твердению. При использовании хлорида магния образуется нерастворимая тончайшая взвесь гидроксида магния, мешающая твердению.

Сульфат магния можно производить в виде порошка, представляющего собой семиводный кристаллогидрат MgSO4 х 7Н2О и использовать вместе с каустическим магнезитом или доломитом для получения сухих строи-тельных композиций. При производстве таких композиций можно реализовать еще одно преимущество сульфата магния: довести соотношение между ним и оксидом магния до 0,6:1,5. При таких соотношениях изделия получаются более прочными.

Как и другие вяжущие, например портландцемент, МВВ целесообразно почти во всех случаях использовать в смеси с наполнителями и заполнителями, поскольку они не только увеличивают объем смеси, но и снижают нежелательные изменения линейных размеров, проявляющиеся при твердении минеральных вяжущих. Для наполнения МВВ пригодны любые традиционные заполнители ? кварцевый песок, гранитный щебень, древесные опилки, стружка. Некоторые инертные вещества способны вступать в топохимические реакции с солями магния и улучшать свойства изделий за счет образования связей ?наполнитель - вяжущее?. Авторами установлено такое взаимодействие при использовании в качестве наполнителя доломита, серпентинита, микрокремнезема.

Большой интерес в качестве наполнителя может представлять цемянка - тонкоизмельченный керамический кирпич. Кроме того, ранее было установлено [2], что цемянка активна по отношению к МВВ, так как повышает водопрочность изделий на их основе.

Специфическим наполнителем для МВВ могут стать предлагаемые авторами алюмосиликатные полые микросферы, выделяемые из золошлаковых отвалов, образующихся при сжигании некоторых видов каменных углей. Диаметр микросфер 30-350 мкм, толщина стенки 2?10 мкм, насыпная плотность 250?500 кг/м3, сопротивление разрушению до 10 МПа, теплопроводность 0,05-0,1 Вт/(мК).



Цена таких микросфер невысока, а физико-механические свойства позволяют достаточно широко использовать их для изготовления легких, даже теплоизоляционных изделий на основе магнезиальных вяжущих.

В качестве легкого наполнителя авторами предложен вспученный перлитовый песок и способ его введения в вяжущее [3]. Особенностью этого способа является то, что частицы перлитового песка предварительно опудривают каустическими магнезитом или доломитом и после этого смешивают с жидкой частью. Такой при-ем позволяет предотвратить попадание МВВ в поры частиц перлита, вследствие чего они остаются воздухонаполненными, то есть легкими, теплыми. По мнению авторов, можно наполнять МВВ и вспученным вермикулитом по такой же, как и для вспученного перлита, технологии. Изделия, полученные из МВВ со вспученным перлитом или вермикулитом либо их смесью, являются теплоизоляционными, негорючими, огнезащитными. Они допущены Морским регистром СССР для изготовления переборок на судах.

Однако наиболее широко следует использовать МВВ с заполнителями растительного происхождения -древесными опилками и стружкой, льняной кострой, подсолнечной лузгой, хлопковыми и льняными очеса-ми, поскольку в этом случае данные вяжущие проявляют еще ряд уникальных свойств:

? в отличие от портландцемента, не вызывают гидролиза лигнина ? своего рода клея в растительной ткани, ? приводящего к разрушению частиц заполнителя;

? антипирируют растительные материалы (хлорид магния в свое время был предложен авторами для борьбы с низовыми лесными пожарами и показал высокую эффективность);

? антисептируют растительные ткани, что было установлено работами проф. В.Ф. Смирнова (Нижегородский государственный университет);

? позволяют вводить в них значительные (до 90%) по объему количества растительных наполнителей и при этом обеспечивают необходимую прочность изделий. Эта совокупность свойств позволяет вовлечь в переработку образующиеся в большом количестве и не используемые в полном объеме такие отходы, как древесные опилки и стружка, льняная костра и др. Поскольку в изделиях эти отходы (?теплый? материал) могут занимать чуть ли не весь объем, то появляется возможность изготовлять на основе МВВ теплоизоляционные материалы ? ?древесные?, но не горючие, не гниющие, с высокой прочностью.

Учитывая все вышеизложенное, на данном этапе развития строительной индустрии России наиболее целесообразным было бы изготовление на основе МВВ и древесных отходов сплошных покрытий пола или плит для устройства сборного пола. Собственно, это направление использования МВВ всегда было приоритетным (ксилолитовые полы), но в настоящее время оно приобрело еще большее значение.

Разумеется МВВ могут и должны использоваться и для других целей. Так, авторами выявлена их высокая эффективность при ремонте деревянных полов, подо-конных досок, оконных рам, дверных косяков и других изделий интерьера из древесины, а также разработана рецептура МВВ для изготовления высокохудожественных плиток, используемых в отделке ресторанов, кафе. Разработан клей ?Древолит? для наклеивания этих пли-ток на кирпичные, бетонные, деревянные стены.

В течение ряда лет авторами проводятся исследования материалов и изделий на основе МВВ, получивших торговую марку ?Древолит??, основным наполнителем в которых является измельченная древесина (опилки, стружка, дробленка, пыль).

?Древолит?? был использован для изготовления монолитных верхних покрытий полов в продуктовых складах, птицефабриках, а в жилых помещениях ? в качестве основания под паркет, линолеум, ковролин и т. п. Подслой формировался на бетонных и деревянных основаниях.

На птицефабрике в г. Линда (Нижегородская обл.) уже в течение пяти лет успешно эксплуатируется монолитный пол из ?Древолита?? в цехе по производству сухих комбикормов. В этом помещении возможно образование пыли в концентрациях, превышающих взрывоопасную, поэтому и требуется безыскровое негорючее антиэлектростатичное напольное покрытие.

В заключение отметим, что расширение масштабов использования МВВ - одно из решений актуальнейшей проблемы уменьшения техногенной нагрузки на биосферу, поскольку способствует снижению потребления топлива, минеральных ресурсов, выбросов вредных веществ.

На долю промышленности строительных материалов в России приходится около 5% расходуемого топлива и 7% выбросов (газообразных, жидких, твердых), а также энергетических в виде теплоты и электромагнитных излучений. Основными потребителями энергии в этой отрасли являются производства портландцемента и силикатного стекла, причем энергия для них нужна, в основном, высокопотенциальная, так как синтез силикатов, образующих цемент и стекло, идет при темпера-туре около 1500?С. Эта температура наиболее ?благо-приятна? для образования из воздуха оксидов азота ? одних из наиболее токсичных газообразных веществ техногенного происхождения.

Между тем, в России еще с советских времен существует неоправданное использование портландцемента: его применяют даже там, где с теми же результатами можно было бы использовать вяжущие, получаемые при значительно более низких температурах, с меньшими затратами энергии всех видов.

МВВ, наряду с гипсом и известью, являются вяжущими, для производства которых требуется низкопотенциальная теплота, поскольку основной их компонент - оксид магния - получают при температуре 780?С и ниже. Другие компоненты производят с небольшими энергозатратами. По нашим расчетам, изделия из этих вяжущих могут заменить собой не менее 3% продукции, производимой на основе портландцемента.

Список литературы

1. Войтович В.А., Зеляев И.А., Спирин Г.В. и др. Способ получения оксида магния. Пат. России. № 2198842. Опубл. Бюл. 2003. № 5.

2. Килессо СИ., Иванова А.В. Пеномагнезит, его свойства и технология производства. М.: Изд-во Мин-ва коммун. хоз-ва РСФСР. 1974. 30 с.

3. Спирин Г.В., Омельяненко М.П., Войтович В.А. и др. Сырьевая смесь для изготовления строительных изделий и способ ее получения. Пат. России № 2090535. Опуб. Бюл. 1997. № 26