Результат интеллектуальной деятельности: МАГНЕЗИАЛЬНОЕ ВЯЖУЩЕЕ

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении плит и панелей, предназначенных для внутренней и наружной облицовки зданий, напольных покрытий, лестничных ступеней, полов, стяжек под напольные покрытия, а также строительных сухих смесей.

Известно магнезиальное вяжущее (см. пат. 2121987 РФ, МПК⁶ С04В 28/30, 1998), включающее, вес.%: магнезитовый порошок 15-40, водный раствор хлорида магния плотностью 1,07-1,25 г/см³ 10-45, минеральную добавку из электротермофосфорного шлака или пиритных огарков или их смесь 2-10, химическую добавку в виде суперпластификатора или кремний-органической жидкости или их смеси 0,007-0,7 и минеральный наполнитель - остальное. Магнезиальное вяжущее имеет водостойкость (коэффициент размягчения) - 0,88-1,0, прочность вяжущего при сжатии составляет 25,5-62,4 МПа. Коэффициент размягчения определяли по отношению прочности на сжатие образцов, насыщенных водой в течение 24 ч и затем высушенных, к прочности образцов, хранившихся в комнатных условиях в течение 28 суток.

Данное вяжущее имеет относительно высокий коэффициент размягчения, который определялся, однако, по методике для воздушных вяжущих, что ограничивает его использование в условиях повышенной влажности. К недостаткам следует также отнести повышенный расход раствора хлорида магния. Кроме того, в характеристике свойств вяжущего отсутствуют данные о склонности образцов к растрескиванию.

Известно также принятое в качестве прототипа магнезиальное вяжущее (см. Смешанные магнезиальные вяжущие / Тюкавкина В.В., Крашенинников О.Н., Гуревич Б.И., Гришин Н.Н., Пирайнен В.Ю., Трифонов В.В. Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН, ОАО "ЦНИИМ-ИНВЕСТ" - Апатиты, 2010. - 20 с. - Деп. в ВИНИТИ 15.03.2010, №158-В2010), включающее каустический магнезит (ПМК), раствор хлорида магния MgCl₂ плотностью 1,21 г/см³ в качестве затворителя и гранулированный медно-никелевый магнезиальный шлак в качестве железокремниевой добавки. Соотношение компонентов MgCl₂:ПМК: шлак равно соответственно 1:1,5:0,25-1,25, что в пересчете на мас.% составляет: каустический магнезит 40-51, раствор MgCl₂ 27-45, шлак 8-33. Магнезиальное вяжущее имеет водостойкость 0,17-0,43, прочность вяжущего при сжатии составляет 36,8-67,6 МПа.

Недостатками известного магнезиального вяжущего являются его низкая водостойкость и склонность к растрескиванию.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в получении магнезиального вяжущего с повышенной водостойкостью и структурой, не склонной к растрескиванию, при сохранении его прочности.

Технический результат достигается тем, что магнезиальное вяжущее, включающее каустический магнезит, раствор хлорида магния в качестве затворителя и магнезиальную железокремниевую добавку на основе медно-никелевого отвального шлака, согласно изобретению вяжущее содержит раствор хлорида магния плотностью 1,20-1,25 г/см³ или раствор сульфата магния плотностью 1,15-1,20 г/см³, а в качестве магнезиальной железокремниевой добавки - раствор соляно- или сернокислотного выщелачивания магнезиального медно-никелевого отвального шлака плотностью 1,1-1,3 г/см³ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Достижению технического результата способствует то, что раствор солянокислотного выщелачивания содержит, г/л: 10,9-24,4 Fe, 13,2-26,8 SiO₂, 2,8-8,1 MgO, 33,0-37,5 Cl^- и имеет рН 0,2-2,2.

Достижению технического результата способствует также то, что раствор сернокислотного выщелачивания содержит, г/л: 17,5-37,5 Fe, 19,3-36,0 SiO₂, 3,3-11,0 MgO, 52-110 SO₄ ^2- и имеет рН 0,1-3,0.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.

Каустический магнезит является быстротвердеющим вяжущим веществом, обладающим высокой конечной прочностью. Содержание каустического магнезита 55-63 мас.% необходимо и достаточно для получения водостойкой структуры с требуемой прочностью. Количество каустического магнезита менее 55 мас.% приводит к снижению прочности, увеличению пористости и значительным усадкам материала, а количество магнезита более 63 мас.% снижает подвижность смеси, что ограничивает ее применение для целей заливки и тампонирования.

Использование в составе вяжущего раствора хлорида магния или сульфата магния обусловлено следующим. Раствор хлорида магния является наиболее распространенным затворителем, обеспечивающим повышенную прочность вяжущего. В качестве затворителя может быть также использован раствор сульфата магния, который при несколько пониженной прочности придает вяжущему повышенную водостойкость и низкую гигроскопичность. Содержание раствора хлорида магния плотностью 1,20-1,25 г/см³ в количестве 25-27 мас.% или раствора сульфата магния плотностью 1,15-1,20 г/см³ в количестве 21-29 мас.% необходимо и достаточно для создания удобоукладываемой смеси и получения в дальнейшем прочной и водостойкой структуры. Количество раствора хлорида магния менее 25 мас.% или раствора сульфата магния менее 21 мас.% ведет к нежелательному уменьшению подвижности смеси. При введении раствора хлорида магния в количестве более 27 мас.% или раствора сульфата магния в количестве более 29 мас.% возрастает подвижность смеси, что приводит к снижению прочности, увеличению пористости и значительной усадке вяжущего.

Введение в состав вяжущего в качестве магнезиальной железокремниевой добавки раствора соляно- или сернокислотного выщелачивания магнезиального медно-никелевого отвального шлака плотностью 1,1-1,3 г/см³ обеспечивает получение водостойкой структуры вяжущего, не склонной к растрескиванию, и снижение расхода затворителя. Введение добавки в количестве 12-20 мас.% позволяет получить водостойкое вяжущее без снижения его прочности. Количество раствора выщелачивания менее 12 мас.% снижает водостойкость вяжущего, а количество раствора более 20 мас.% приводит к снижению прочности вяжущего.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в получении магнезиального вяжущего с повышенной водостойкостью и структурой, не склонной к растрескиванию, при сохранении прочности вяжущего.

В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие исходные компоненты магнезиального вяжущего и их количественные соотношения.

Использование в качестве компонента вяжущего раствора солянокислотного выщелачивания состава, г/л: 10,9-24,4 Fe, 13,2-26,8 SiO₂, 2,8-8,1 MgO, 33,0-37,5 Cl^-, с рН 0,2-2,2 обусловлено условиями выщелачивания отвального шлака и расходом реагентов. При рН больше 2,2 происходит коагуляция раствора, вследствие чего он превращается в гель, а при рН меньше 0,2 увеличивается расход кислоты на выщелачивание и образуются более агрессивные кислые растворы. Кроме того, использование слишком кислых растворов ведет к излишней нейтрализации магнезита и снижению качества вяжущего.

Аналогичным образом, использование в качестве компонента вяжущего раствора сернокислотного выщелачивания состава, г/л: 17,5-37,5 Fe, 19,3-36,0 SiO₂, 3,3-11,0 MgO, 52-110 SO₄ ^2-, с рН 0,1-3,0 обусловлено условиями выщелачивания отвального шлака и расходом реагентов. При рН больше 3,0 происходит коагуляция раствора, а при рН меньше 0,1 увеличивается расход кислоты на выщелачивание.

Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют получить оптимальный состав магнезиального вяжущего с точки зрения обеспечения повышенной водостойкости вяжущего и ограничения растрескивания при сохранении прочности вяжущего.

Для получения магнезиального вяжущего используют следующие компоненты.

Каустический магнезит - порошок магнезитовый каустический ПМК-87. Химический состав, мас.%: MgO - 89,5, СаО -1,15, SiO₂ - 0,12, Fe₂O₃ - 1,39, Al₂O₃ - 0,12, потери массы при прокаливании - 6,31. Плотность ПМК - 3,25 г/см³, остаток на сите №02 - 0,2 мас.%, №009 - 2 мас.%. Начало схватывания 1-10 ч-мин, конец схватывания 1-45 ч-мин, предел прочности при растяжении 2,2 МПа. Все показатели соответствуют ГОСТ 1216 -87.

Хлорид магния (природный бишофит плотностью 1,31 г/см³). Использовали водный раствор плотностью 1,20-1,25 г/см³.

Сульфат магния (MgSO₄·7H₂O, марки ч., ГОСТ 4523-77, содержание MgSO₄·7Н₂О - 99%). Использовали водный раствор плотностью 1,15-1,20 г/см³.

Раствор солянокислотного выщелачивания магнезиального медно-никелевого шлака состава, г/л: 10,9-24,4 Fe, 13,2-26,8 SiO₂, 2,8-8,1 MgO, 33,0-37,5 Cl^-, с рН 0,2-2,2 и плотностью 1,1-1,3 г/см³.

Раствор сернокислотного выщелачивания магнезиального медно-никелевого шлака состава, г/л: 17,5-37,5 Fe, 19,3-36,0 SiO₂, 3,3-11,0 MgO, 52-110 SO₄ ^2-, с рН 0,1-3,0 и плотностью 1,1-1,3 г/см³.

Приготовление вяжущего согласно изобретению осуществляют путем смешения расчетного количества каустического магнезита, раствора соли магния и раствора солянокислотного или сернокислотного выщелачивания магнезиального медно-никелевого шлака. Первоначально в мешалку заливают раствор хлорида магния или раствор сульфата магния и раствор солянокислотного или сернокислотного выщелачивания магнезиального медно-никелевого шлака, перемешивают растворы, затем вводят каустический магнезит марки ПМК-87 частями в 4-5 приемов. Смесь перемешивают в течение 5-10 мин до получения однородной консистенции. Подвижность смеси определяли согласно ГОСТ 5802-86. Она составила 10 см.

Для определения характеристик вяжущего формовали образцы, которые подвергали твердению в формах при нормальных условиях в течение 1 суток. Затем образцы расформовывали, осматривали, замеряли и взвешивали. Три образца испытывали в возрасте 1 суток, три образца подвергали твердению на воздухе и три - в воде. Через 28 суток образцы испытывали. В течение всего времени твердения образцы ежедневно осматривали и фиксировали изменения. Прочность при сжатии определяли по ГОСТ 310.4-81. Водостойкость (коэффициент размягчения) определялась как отношение прочности материала, насыщенного в воде в течение 27 суток, к прочности материала, твердевшего на воздухе в нормальных условиях в течение 28 суток.

В Таблице 1 приведены Примеры 1-6 составов магнезиального вяжущего согласно изобретению, а также Примеры 7 и 8 по прототипу с хлоридом и сульфатом магния соответственно. В Таблице 2 приведены составы растворов солянокислотного (Примеры 1-3) и сернокислотного (Примеры 4-6) выщелачивания магнезиального медно-никелевого шлака. В Таблице 3 указаны свойства составов магнезиального вяжущего согласно Примерам 1-8.

Из данных, приведенных в Таблице 3, видно, что предлагаемое магнезиальное вяжущее по сравнению с прототипом имеет более высокую водостойкость (0,88-1,06) при достаточно высокой прочности, особенно при использовании солянокислотных компонентов, а также структуру, не склонную к растрескиванию.