СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

ФОСФАТНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

В последние годы советские ученые М. М. Сычев, Н. Ф. Федоров, Л. Г. Судакас, Д. И. Чемоданов разрабатывают область науки о новых видах вяжущих, представляющих собой композиции из по­рошков металлов, оксидов и оксидных соединений, затворяемых во­дой, водными растворами кислот, а также неводными реагентами, в том числе органическими жидкостями. Такие композиции рассматри­ваются Н. Ф. Федоровым как дисперсные системы типа твердое — жидкость, в которых происходят с определенной скоростью необра­тимые химические реакции но схеме кислотно-основного взаимодей­ствия [145]. При этом, как у традиционного цемента, наблюдается некоторое пересыщение твердеющей системы. По мнению М. М. Сы­чева и Л. Т. Сватовской, вяжущие свойства проявляются, в частно­сти, у ряда солей, обладающих способностью образовывать прочные аквакомплексы с высокой поляризуемостью не только у катиона, но и у аниона [137].

Особый состав исходных компонентов вяжущих композиций обусловил специфические свойства синтезированных цементов, к ко­торым, в частности, относятся вяжущие фосфатного твердения. Фос­фатное твердение происходит при взаимодействии некоторых тонко - измельченных оксидов и специальных составов с фосфорной-кисло­той. Фосфатные цементы в зависимости от условий, необходимых для их нормального схватывания и твердения, разделяются на твер­деющие при нормальной температуре и при нагревании до 373— 573 К. Исследования, проведенные С. Л. Голынко-Вольфсон, М. М. Сычевым, Л. Г. Судакасом и Л. И. Скобло [151] позволили выявить ряд закономерностей, определяющих характер твердения и Технические свойства этих цементов. Ими была предложена гипо­теза твердения, по которой вяжущие свойства систем «оксид — фос­форная кислота» зависят от ионного потенциала, представляющего собой отношение электронного заряда иона к его эффективному ра­диусу.

Так, ускорение процесса схватывания и твердения наступает по мере уменьшения ионного потенциала катиона в группах с однород­ной электронной структурой и, наоборот, с увеличением ионного по­тенциала этот процесс замедляется. Наблюдаются случаи, когда ре­акция взаимодействия оксида с фосфорной кислотой протекает весь­ма бурно, и образование твердеющих структур практически невоз­можно. Поэтому важно, чтобы эффект твердения был результатом гармоничного сочетания скорости реакции химического взаимодей­ствия между компонентами со скоростью процессов структурообра - зованйя^ Для снижения интенсивности (скорости) реакций и полу­чения нормально твердеющих композиций оксиды заменяют одно - и двузамещенными фосфатами. По этой схеме и получают нормаль­но твердеющие композиции из двухвалентных металлов с фосфорной кислотой.

В случаях, когда оксиды оказываются сравнительно инертными для твердения при комнатной температуре, вместо них применяют гидроксиды, нагревая полученное тесто примерно до 573К. Темпе­ратуру при этом повышают медленно и цемент выдерживают в те­чение часа при конечной температуре. По такой схеме изготовляют ряд цементов.

Титанофосфатный, получаемый путем затворения порошка ди­оксида титана ортофосфорной кислотой с подогревом смеси. Для того, чтобы определить оптимальный состав этого цемента, нужно установить рациональную концентрацию кислоты (Н3Р04), что вид­но из следующих данных, полученных при термообработке цемента при 273К (табл. 34).

Таблица 34. Влияние концентрации кислоты затворения на свойства цемента

Отношение ТЮ2 : Р205 по массе

Концентра­ция р2о5 ,

%

Плотность Предел проч- кислоты, ности прн г/см» сжатии, МПа

Предел проч­ности при из­гибе, МПа

Водопогло- щение, %

3,26 : 1 2,02 : 1 1,86 : 1 0,93 : 1

36.2

54.3 66,6 76,6

1,335 1,579 1,770 1,830

9,0 41,0 .61,5 16,5

1,5 1„9

4.1

2.2

26,0 16,2 9,2 14,1

Таким образом при концентрации кислоты 66,6% и определен­ном содержании диоксида титана цементный камень имеет предел прочности при сжатии 61,5 МПа и при изгибе 4,1 МПа. Цемент ог­нестоек до 1323—1373К, не разрушается в нейтральных и кислых водных средах, но разлагается под воздействием щелочей. Возмож­ность использования этого цемента в качестве диэлектрического ма­териала определяется его удельным сопротивлением 10й—Ю12Ом-см. При нагреве до 1073К образуется кристаллический фосфат состава 5ТЮ2-2Р205.

Медьфосфатный цемент изготовляют, затворяя порошок оксида меди ортофосфорной кислотой; тесто нормальной густоты получают при отношении СиО : Р205 : Н20 (масс, ч.) =69 : 16,9 : 14,1, Наибо­лее благоприятна для твердения комнатная температура при умерен­ной относительной влажности (70%) среды. Вяжущие свойства при затворении порошка оксида меди фосфорной кислотой проявляются также при температуре до 373 К и 100% относительной влажности среды. Предел прочности при сжатии у этого цемента достигает 800 МПа. Медьфосфатный цемент водостоек, устойчив к нагреву до 973 К и отличается высоким удельным сопротивлением 1010—10" Ом-см. Основным продуктом гидратации цемента является средняя фосфорнокислая соль Си3(Р04)2-ЗН20. Магнийфосфатный цемент Получают, затворяя высокообожженый или плавленый оксид магния.

Кадмия

Магния

Железа

Оксид (II)

Меди

Железа

Титана Циркония Кобальта Хрома

Он обладает гидравлическими свойствами, его состав MgHP04-3H20. Можно получать цементы на основе тонкомолотых естественных по­род— хибинского апатита, каратауского фосфата, хромитовой руды, затворенных ортофосфорной кислотой. Фосфатные цементы исполь­зуют для создания прочных с высокой сопротивляемостью удару покрытий по' металлам (алюминий, сталь), что видно из данных, полученных С. Л. Голынко-Вольфсон и Л. Г. Судакасом (табл. 35).

Таблица 35. Прочность сцепления (отрыва) цементов фосфатного твердения со сталью и алюминием, МПа

Жидкость затворения

Условия твердения

75%-ная фос­форная кисло­та, пентаксид фосфора

Концен­трирован­ная фос­форная кислота

75%-ная фосфор­ная кислота, час­тично нейтрализо­ванная

Оксид

10% оксида магния

6% глино­зема

Сталь

Алюми­ний

Сталь

Алю­миний

Сталь

Алю­миний

Сталь

Алю­миний

Нет прочно­

15

8

21

13

18

16

Сти.

Трещи-

Ны

14

17

19

26

34

41

23

25

Опыты не

11

Нет

23

16

18

7

Проводи­

Лись

18

10

38

27

28

20

То же

12

14

12

8

»

_ .

_

43

20

36

28

44

26

Вспучива­

40

26

33

17

46

18 !

Ние

48

22

41

17

53

22 !

Интенсивное

52

28

38

16

58

21

Растворение

Покрываемо­

Го материа­

Ла

При комнат­ной темпера­туре

При нагре­вании

Я. В. Ключаров и Л. И. Скобло изучали свойства огнеупорных бетонов, изготовленных на фосфатной связке. Были исследованы бетоны разного состава и получены следующие результаты (табл. 36). Установлено, что при рациональном подборе фосфорной связки можно получить составы высокоглиноземистого бетона с удовлетво­рительной прочностью и другими техническими показателями после сушки при 373—383 К вместо обычно рекомендуемых 573—773 К. Отмечается, что необходимо уделить особое внимание подбору кон­систенции массы для таких бетонов, при которой может быть обе­спечена их удобоукладываемость без вспучивания.

Таблица 36. Зависимость свойств бетона от его состава

Температу­ра обра­

Прочность, МПа

Средняя плотность,

Состав бетона

Порис­тость, %

Ботки, к

Сжатие

Нзгиб

Кг/м3

Хромоглииоземис-

293

1,4

0,8

Тын шлак моло­

353

5,8

2,0

20,5

2,13

Тый,, 35%

Высокоглинозе­

1073

16,6

2,8

29,6

2,20

Мистый шамот зер­

Нистый, 65%

Фосфорная кисло­

1473

18,1

4,1

29,1

2,13

Та, 83 мл на 1 кг

1773

21,5

6,2

24,1

2,30

Массы

Высокогл ии озем ис­

293

Тый шамот моло­

Тый, 35%

Зернистый, 65%

373

14,6

5,7

16,5

2,17

Затворитель —

1073

33,1

6,2

27,4

2,11

Фосфорная кислота

1473

34,5

8,8 17,6

23,0

2,14

С 15>% оксида

1773

39,3

18,7

2,25

Магния — 61,5 мл

На 1 кг массы

Хромог л инозем ис­

1773

15,5

6,4

Тый шлак молотый,

35%

К цементам фосфатного твердения относятся также зубные це­менты.

Цинкофосфатный цемент получают путем обжига до 1473— 1623 К шихты, составленной из 75—90% оксида цинка, 8—13% ок­сида магния и 2—5% кремнезема. Иногда в состав вводят также 2,5+0,5% оксида висмута. Для снижения температуры обжига при­меняют добавку фтористого минерализатора. Полученный спек тон­ко измельчают; порошок затворяют фосфорной кислотой, частично нейтрализованной оксидом цинка и гидроксидом алюминия. Проч­ность этого цемента на сжатие достигает 80—120 МПа.

Силикатный цемент получают обжигом шихты до полного рас­плавления с резким охлаждением расплава в воде. Состав ших­ты — Si02 — 29—47%, А120з —20—35%, СаО —1,5—10%, R20 — 8—14%, Р205— 0—7%, F — 5—15%. - Иногда в ней присутствуют некоторые оксиды цинка, лития, бора, магния и Др. Затворяют этот цемент на фосфорной кислоте при частичной ее нейтрализации. Прочность цемента 90 — 150 МПа.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

цементная промышленность

Советская цементная промышленность по объему производства цемента занимает с' 1962 г. первое место в мире. Выпуск цемента в СССР в 1982 г. составил 125 млн. т, а в США — …

КИСЛОТОУПОРНЫЙ КВАРЦЕВЫЙ КРЕМНЕФТОРИСТЫЙ ЦЕМЕНТ И ЕГО РАЗНОВИДНОСТИ

' Современные строительные цементы, состоящие из силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция растворяются в кислотах, и поэтому их нельзя применять в условиях кислотной агрессии. В хи­мической промышленности для связи (склеивания) штучных …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.