Магнезиальный цемент получается смешиванием предварительно прокаленного до 800^оС оксида магния с 30%-ным водным раствором MgCl₂ (2 весовые части MgO на одну весовую часть безводного MgCl₂).

Вследствие образования полимерной структуры из атомов Mg, связанных друг с другом посредством гидроксильных групп, молекул воды и ионов хлора, смесь через несколько часов в результате отвердевания дает белую, очень прочную и легко полирующуюся массу (Некрасов, 1973).

Магнезиальный цемент стали применять уже в конце XIX - начале XX века, в основном, для изготовления ксилолитовых полов (ксилолит - древесный камень), а также облицовочных плиток и малых архитектурных форм. Ксилолит изготавливался на основе магнезиального вяжущего, заполнителем в котором являлись древесные опилки.

В практику строительства ксилолит ввел в 1882 году С. Копфельд. В 50-х годах прошлого столетия в нашей стране ксилолитовые полы имели довольно широкое распространение. Теплые бесшовные полы обладали низким коэффициентом истираемости, малой теплопроводностью и высокой гигиеничностью. В настоящее время аналогами ксилолитовых полов являются линолеумы и другие полимерные материалы.

Широкий размах индустриального и гражданского строительства в последующие годы требовал дешевых строительных материалов и, как правило, в очень больших объемах, а также простых технологических приемов работы, чему удовлетворяло другое вяжущее - портландцемент. И на некоторое время магнезиальное вяжущее было фактически предано забвению. Этому способствовал и ряд других причин, например, отсутствие достаточной теоретической базы в науке о строительных материалах.

В начале 90-х годов вновь появился интерес к магнезиальному вяжущему. Немало этому способствовали такие уникальные свойства этого материала, как ценные экологические характеристики, а именно - способность защиты от электромагнитных излучений радиочатотного диапазона, антиэлектростатические свойства, искробезопасность и негорючесть.

Магнезиальное вяжущее и материалы на его основе обладают высокими прочностными характеристиками, приближающимися по своим значениям к природным материалам. Но что еще важнее, в отличие от природных материалов, магнезиальный цемент имеет аномально высокие показатели по прочности на растяжение и изгиб (до 20 МПа и выше), что связано с особенностями затвердевшего магнезита, в котором присутствуют кристаллизующиеся в виде волокон оксихлориды магния. Волокнистые кристаллы не только повышают прочность цемента, но и действуют как армирующий материал.

Материалы на основе магнезиального вяжущего обладают очень высокой, в отличие от других вяжущих, адгезией не только к минеральным, но и к органическим веществам. Из-за высокой плотности материала, малой щелочности и присутствия в составе магнезиальных цементов минерала бишофита органические заполнители в них не гниют, что позволяет сделать предположение о возможной бактерицидности и устойчивости к образованию плесени и грибка.

При использовании магнезиального вяжущего в строительных смесях, особенно с добавками силикатов магния, образуется плотный беспоровый материал, обладающий выскокой износостойкостью, масло- и бензостойкостью и водонепроницаемостью.

К достоинствам магнезиального цемента следует также отнести быстрый темп нарастания прочности. Обычно в возрасте одних суток прочность бетонов и растворов достигает 30-50%, а в возрасте 7 суток 60-90% от максимального значения.

В отличие от магнезиальных, цементные бетоны и растворы на основе портландцемента, как известно, имеют замедленное твердение, неоднородный состав и конгломератное строение. Поэтому традиционные бетонные покрытия полов не удовлетворяют современным стандартам по износостойкости и трещиностойкости. Образующиеся в процессе гидратации кристаллические и коллоидные новообразования с течением времени высыхают и уплотняются, что сопровождается усадкой цементного камня (Кузнецова, Сычев и др., 1997).

Оживление интереса к магнезиальным цементам привел к появлению на строительном рынке ряда фирм по производству сухих строительных смесей на основе магнезита - в Москве («Маглит», «Бикам») и в Санкт-Петербурге («Альфа Пол», «Магнезит»). Естественным образом возникла потребность детального исследования магнезиального цемента и сырья для его производства. В следующих разделах кратко излагаются известные по публикациям соответствующие данные, а также новые, полученные авторами результаты исследований магнезиального цемента.

Магнезит каустический, его получение и некоторые специфические особенности и свойства

Важнейшим соединением магния, применяемым в различных отраслях промышленности, и в том числе в строительстве, является оксид магния MgO. В природе он встречается в виде минерала периклаза - бесцветных кристаллов с кубической решеткой типа NaCl. Некоторые данные по важнейшим свойствам периклаза приведены в разделе 2 (таблица 2.8). Подчеркнем, что периклаз является исключительно стабильным (высокоэнергоплотным) минералом, встречающимся в нижних горизонтах земной коры и в мантии. Именно поэтому он успешно используется в различных промышленных областях.

В качестве сырья для производства оксида магния обычно используют карбонатные осадочные горные породы морского происхождения, представленные доломитом CaMg(CO₃)₂, магнезитом Mg(CO₃), или метасоматически либо гидротермально измененные первичные основные магматические силикатные горные породы, преобразованные в амфибол Mg₇[Si₈O₂₂](OH)2, серпентин Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈, тальк Mg₃[Si₄O₁₀](OH)₂ и др. Вторая группа указанных Mg-содержащих минералов является менее перспективным сырьем и разрабатывается в странах, бедных магнезитом.

Наиболее ценным для строительной промышленности является так называемый «каустический магнезит» - оксид магния, применяемый в производстве вяжущего материала.

Магнезит каустический получают либо обжигом природного магнезита Mg(CO₃)  при температуре выше температуры его разложения (диссоциации) и ниже температуры спекания, либо путем улавливания пыли, образующейся при производстве периклазового порошка (Корнеев, Зозуля, 2004).

Крупнейшим заводом по производству магнезиальных огнеупорных изделий на основе спеченного периклаза является всемирно известное предприятие ОАО «Комбинат Магнезит» (г. Сатка Челябинской области). Производственная мощность комбината позволяет получать на вращающихся обжиговых печах свыше 1 млн. тонн спеченного периклаза. Около 500 тысяч тонн пыли улавливается в циклонах и электрофильтрах, и часть этой каустической пыли утилизируется в виде порошков магнезиальных каустических (ГОСТ 1216-87), используемых в строительстве в качестве магнезиального вяжущего.

При обжиге природных магнезитов максимальная гидравлическая активность образующегося каустического магнезита достигается в диапазоне температур 650-900оС, при более высоких температурах активность падает, а при температуре 1400оС и выше образуется «намертво обожженный» магнезит, практически не проявляющий вяжущих свойств.

Каустический магнезит производится также в ООО «Сибирские порошки, где получается в процессе низкотемпературного (Т = 850°С) обжига и имеет преимущество перед пылеуносом по содержанию активного MgO в конечном продукте.

В результате декарбонизации Mg(CO₃) при низких и умеренных температурах образуется свободный оксид магния, отличающийся от периклаза более низкими показателями преломления, увеличенными параметрами кубической элементарной ячейки и более низкой плотностью. Именно такой оксид магния (каустический магнезит) используется в качестве вяжущего вещества, которое при затворении раствором MgCl₂ способно быстро твердеть и набирать прочность на воздухе. Ниже приводятся результаты исследований (Корнеев, Медведева и др., 1997) по определению оптимальных условий получения (синтеза) такого материала.

Используя в качестве исходного сырья тонко измельченный магнезит из Сатки, были испытаны различные режимы его обжига и получены порошки каустические магнезитовые высокой активности (в 3 раза превышающие активность порошков каустических магнезитовых по ГОСТу 1216-87). Оптимальная область температур обжига - 660-800оС, причем с увеличением температуры длительность обжига при данной температуре сокращается от 210 минут при 660оС до 45 минут при 800оС (таблица 3.1). Получающийся каустический магнезит через 6 часов твердения характеризуется прочностью при сжатии ~35 МПа.

Таблица 3.1

Влияние режима обжига магнезита Mg(CO3) на степень его декарбонизации (Корнеев, Медведева и др., 1997)