Магнезиальный бетон (магнезитобетон, магнолит)

Бетон – это целый класс очень разных по своим свойствам материалов. Самый известный и востребованный из них – это цементобетон. Но другие разновидности тоже заслуживают внимания.

В этой статье мы рассмотрим такой материал как магнезитобетон (магнолит) – бетон на магнезиальных вяжущих. Несмотря на ограниченную сферу применения, он пользуется спросом при обустройстве наливных полов и теплоизоляции. Мы поговорим о том, из чего состоит магнезиальный бетон и чем он отличается от традиционного цементобетона. Также мы разберемся, чем отличаются друг от друга ксилолит, фибролит и пеномагнезит и как они производятся. А в заключительном разделе статьи вы найдете краткую историческую справку об изобретении и применении этого материала.

Состав магнезиального бетона

Этот материал по своим свойствам разительно отличается от привычного всем цементобетона. Но производится он по такому же принципу.

В состав магнолита входят:

• Магнезиальное вяжущее
• Заполнители
• Добавки

Давайте рассмотрим каждый компонент подробнее.

Магнезиальное вяжущее

Вы еще можете встретить термины «магнезиальный (магнезитовый) цемент» или «цемент Сореля» (подробнее о том, откуда взялось такое название, читайте в конце статьи). Но речь во всех случаях идет об одном и том же материале.

Основу этого вяжущего составляет жженая магнезия – оксид магния (MgO).

Его получают путем обжига:

• Магнезита (карбонат магния MgCO3)
• Доломита (CaCO3•MgCO3)

Из этих видов сырья наиболее востребован магнезит. Цемент на его основе получается наиболее качественным, прочным и долговечным. А доломит используют в тех регионах, где своих месторождений магнезита нет и стоит он дорого.

Эти породы добывают на карьерах взрывным способом. Полученные валуны измельчают на щебень и обжигают в печах при температурах свыше 600°С, а затем перемалывают в тонкий порошок. Так и производят магнезиальное вяжущее.

В зависимости от исходного сырья оно бывает двух видов:

• Магнезит каустический
• Доломит каустический

В таблице вы можете ознакомиться с их основными характеристиками:

Для вашего удобства ниже мы разместили эту таблицу в виде картинки:

Для того, чтобы сыпучий порошок превратился в вяжущее, нужен затворитель. В цементобетоне, например, эту роль играет обычная вода. Но с оксидом магния она реагирует слабо и медленно.

Поэтому для затворения магнезиального порошка используют соли:

• Хлорид магния (MgCl2) 
  Главный источник этой соли – минерал бишофит. Если вы хотя бы раз интересовались темой противогололедных реагентов, то он наверняка у вас на слуху. Хлоридом магния коммунальщики в свое время посыпали дороги в гололед, но в итоге от этого вещества отказались из-за его свойства разъедать металлические части машин. А вот для приготовления магнезитобетона он подходит идеально.
• Сульфат магния (MgSO₄)
  Его получают из морской воды или путем обработки минералов кизерита и карналлита. Эта соль стоит дороже хлорида магния, поэтому используют ее намного реже. Применение сульфата магния в качестве затворителя несколько увеличивает водостойкость бетона, но при этом снижает его прочность.

Эти соли добавляют к магнезитовому порошку в виде водного раствора и получают вязкое цементоподобное тесто, которое быстро схватывается и твердеет.

Необходимо отметить, что магнезиальные порошки относятся к группе воздушных вяжущих. Они набирают прочность только на воздухе. Этим они отличаются от портландцемента, который после заливки требует постоянного увлажнения.

Воздушные вяжущие имеют низкую водостойкость и разрушаются при регулярном воздействии влаги. Поэтому сфера их применения ограничена.

Заполнители

У магнезиального вяжущего есть любопытное отличие от обычного цемента. Дело в том, что оно имеет хорошую адгезию к органическим материалам. Более того, такие заполнители в толще магнезиального цемента не разлагаются и не гниют.

Чаще всего для производства магнезитобетона используют:

• Древесные опилки
  Это производственные отходы, которые получаются при распиле дерева на деревообрабатывающих комбинатах. Такой заполнитель стоит дешево, за счет чего снижается себестоимость готового бетона. Предпочтение при этом отдают опилкам хвойных пород (сосны, пихты, ели).
• Древесную шерсть
  В отличие от опилок, такой материал производится целенаправленно. Он представляет собой тонкую стружку длиной около 40 см и шириной 0,5-0,7 см.

Эти материалы смешивают с магнезитовым цементом в соотношении 3:1. Использование органических заполнителей придает бетону особые свойства, о которых мы подробнее поговорим ниже.

Также для производства магнолита могут применяться минеральные заполнители, такие как песок и отсев, шлаки, щебень и гравий. Но на практике такое встречается редко.

Добавки

Мы уже отмечали, что магнезиальные вяжущие очень чувствительны к воде. Это серьезный недостаток, который не позволяет использовать их повсеместно. Поэтому строительные смеси и растворы на основе магнезита часто обогащают добавками.

Они делятся на две группы:

• Молотые минеральные добавки
  К ним относятся шлаки, зола уноса, силикатная пыль. Эти примеси улучшают водостойкость магнезитобетона, делают его более надежным и долговечным.
• Волокнистые добавки
  Магнезиальный бетон нельзя усиливать при помощи обычной арматуры, поскольку хлорид магния в его составе буквально разъедает металл. Зато вместо нее можно использовать базальтовую или стеклянную фибру. Таким образом можно получить фибробетон с увеличенными прочностью и трещиностойкостью.

Кроме того, в магнезитобетонную смесь часто добавляют различные пигменты. В отличие от невзрачного серого цемента, магнезитовый порошок имеет нейтральный белый цвет и отлично сочетается с любым красителем. За счет этого магнолит выполняет еще и декоративную функцию.

В следующем разделе мы подробнее поговорим об особенностях этого материала.

Плюсы и минусы магнезиального бетона

Магнолит – это материал очень интересный и специфичный. Он заметно отличается от привычного нам всем цементобетона.

В первую очередь стоит отметить его достоинства:

• Высокую прочность
  Плотный магнезитобетон выдерживает давление около 50 МПа и даже выше.
• Высокую пластичность
  Магнезитобетонная смесь легко укладывается и почти не требует дополнительного уплотнения.
• Легкость в уходе
  Такой бетон после заливки не нужно регулярно поливать водой. Наоборот – он лучше твердеет в сухости.
• Быстрое твердение
  За сутки магнезиальное вяжущее набирает до 50% своей прочности, а за неделю – до 90%. Этим он отличается от цементобетона, которому для полного набора прочности нужно около 28 дней.
• Твердение при отрицательных температурах
  Магнезитобетонную смесь безо всяких добавок можно спокойно заливать при -10°С.
• Высокую адгезию
  Этот материал можно укладывать на любое основание без предварительной подготовки.
• Отсутствие усадки
  При заливке смеси можно не бояться, что она подвергнется серьезной деформации при твердении.
• Химическую стойкость
  Магнезиальные вяжущие спокойно переносят воздействие смазочных материалов и масел, растворителей, щелочей и солей.
• Огне- и жаростойкость
  Материал способен выдерживать высокие температуры, не теряя при этом своих качественных характеристик.
• Низкую теплопроводность
  Конструкции из магнезитобетона лучше удерживают тепло в помещении и позволяют экономить на обустройстве теплоизоляции.
• Износостойкость
  Магнезитное покрытие имеет низкую истираемость и не пылит.
• Бактерицидные свойства
  Магнезиальное вяжущее не только отлично сцепляется с органическими заполнителями, но еще и защищает их от гниения.
• Экологичность
  Для производства магнезиальных вяжущих требуется гораздо меньше топлива, чем для получения цемента. А значит – снижается объем вредных выбросов в атмосферу.
• Декоративные свойства
  Магнолиту можно придать любой цвет при помощи пигментов и красителей. Кроме того, он легко шлифуется и полируется. За счет этого можно создавать красивые мозаичные покрытия.

Впрочем, идеальным этот материал назвать сложно. Список недостатков у него не столь длинный, но все они очень серьезные.

Магнезитобетон имеет такие минусы:

• Низкую водостойкость
  Затвердевший магнолит в условиях повышенной влажности теряет прочность и начинает разрушаться. А про то, чтобы эксплуатировать его в воде, речи вообще не идет.
• Низкую морозостойкость
  Образцы магнезитобетона при лабораторных испытаниях выдерживают около 15-20 циклов заморозки и оттаивания. Это очень низкий показатель.
• Невозможность применения арматуры
  Для затворения смеси используют раствор хлорида магния, который очень агрессивен к металлам.

Нельзя сказать, что эти минусы перевешивают все преимущества материала. Но они резко сужают сферу его использования.

Эта ситуация может измениться в будущем. Ведь ученые активно ведут разработки в этой области и ищут способы нивелировать недостатки магнезитобетона. Но пока что он остается крайне узкоспециализированным материалом.

В следующем разделе мы поговорим о том, какие существуют разновидности магнолита.

Виды магнезиального бетона

Бетон можно классифицировать по целому ряду оснований. С их полным перечнем вы можете ознакомится в статье Виды бетона. Но, как мы уже говорили, магнолит – материал специфический.

На практике его делят только на виды по:

• Структуре
• Заполнителю

Давайте рассмотрим каждую классификацию подробнее.

По структуре

У бетонного камня есть своя внутренняя структура. Она зависит, во-первых, от соотношения компонентов смеси, а во-вторых – от наличия или отсутствия специальных добавок.

Производят такие виды магнезитобетона:

• Плотный
  Это обычный бетон, который получается при замешивании сухих компонентов (магнезиального порошка и заполнителей) с раствором соли-затворителя. С виду он напоминает обычный камень и отличается высокой прочностью.
• Пеномагнезит (реже – пенодоломит)
  Этот материал относится к группе ячеистых бетонов. В разрезе он похож на морскую губку или пемзу из-за большого количества крупных пор. Как правило, он производится на основе вяжущего с добавлением тонкомолотого кварца и других минеральных добавок, без использования крупного заполнителя. В эту смесь вмешивают очень плотную пену, которая придает ей пористость и воздушность. По прочности пеномагнезит уступает плотному бетону, но имеет отличные теплоизоляционные свойства.
• Газомагнезит
  Также относится к ячеистым бетонам. Секрет его изготовления заключается в том, что в магнезиальное вяжущее добавляют специальные добавки. Они вступают в реакцию с другими компонентами смеси, в результате чего материал вспучивается. В нем образуется множество пузырьков воздуха – пор. Газомагнезит более чувствителен к воздействию воды, чем пеномагнезит. Поэтому на практике его используют редко.

Подробнее узнать о том, как производятся ячеистые бетоны, вы можете узнать в статье Ячеистый бетон.

По заполнителю

Все разновидности бетонов на магнезиальном вяжущем можно обозначить общим названием «магнолит». Но в зависимости от используемых заполнителей они делятся на виды, которые отличаются своими свойствами и сферой применения.

Выделяют такие разновидности:

• Магнезитобетон на минеральных заполнителях
  В их роли обычно выступают природный и кварцевый песок, мраморная или гранитная крошка, реже – щебень и гравий размером больше 5 мм в диаметре. Бетон на таких заполнителях получается плотный и прочный, выдерживающий очень большие нагрузки.
• Ксилолит
  Корень «ксило» переводится как «древесина». И действительно – роль заполнителя в таком бетоне выполняют древесные опилки. Они придают материалу легкость, упругость и пластичность. По прочности ксилолит уступает бетону на каменных материалах, но зато имеет улучшенные теплоизоляционные свойства.
• Фибролит
  Для производства этого материала используют древесную стружку (шерсть). Именно отсюда в названии слово «фибра» – «волокно». С виду он напоминает «фанеру из опилок» – ориентированно-стружечную плиту (ОСП) и имеет многие характеристики, присущие дереву. К ним относятся паропроницаемость, низкая теплопроводность и легкость в обработке. При этом материал не горит и не гниет. Он используется при производстве утепляющих фибролитовых плит.

В продолжении статьи мы подробнее разберем технические характеристики этих разновидностей.

Свойства магнезиального бетона

По своим характеристикам магнезитобетон отличается от традиционного цементобетона. При этом в чем-то он хуже, а в чем-то – лучше.

Наиболее важными показателями для него являются:

• Плотность
  Она показывает, сколько весит 1 м3 материала. Это свойство не только позволяет правильно рассчитать вес бетонной конструкции, но еще и косвенно связано с рядом других характеристик (например, с теплопроводностью).
• Прочность
  Цементобетон делится на классы по прочности, обозначаемые буквой В. Для магнезитобетона вместо этой классификации приводят предел прочности на сжатие. Для сравнения: малопрочный бетон класса В3,5 выдерживает нагрузку всего в 4,5 МПа. А к высокопрочному бетону класса В30 можно прикладывать давление в 40 МПа.
• Теплопроводность
  Это очень важная характеристика для теплоизоляционных материалов. Чем ниже коэффициент теплопроводности, тем лучше материал удерживает тепло в помещении. Для цементобетона этот показатель колеблется в пределах от 0,1 (газобетон) до 1,5 Вт/(м·°С) (тяжелый бетон).
• Водопоглощение
  Эта характеристика показывает, сколько влаги по массе может вобрать в себя образец. Для магнезитобетона она особенно важна, поскольку этот материал чувствителен к воде. Чем выше этот показатель, тем тщательнее нужно гидроизолировать бетон.

Технические характеристики основных видов магнезиальных бетонов приведены в таблице ниже.

Технические характеристики основных видов магнезиальных бетонов

Для вашего удобства ниже мы разместили эту таблицу в виде картинки:

Как видите, самое большое преимущество магнолита перед цементобетоном – это теплопроводность. Даже у плотного материала она достаточно низкая. Такой эффект достигается за счет использования органических заполнителей.

В продолжении статьи мы поговорим о том, в каких работах используется магнезитобетон.

Сфера применения магнезиального бетона

У магнезиальных вяжущих есть серьезные недостатки. Однако они нашли и прочно заняли свою специфическую область использования в строительстве.

Бетон на их основе используют для:

• Обустройства бесшовных полов
  В этой области применяется ксилолит на основе опилок. Ксилолитовые смеси пластичны, они легко укладываются, самоуплотняются и не требуют особого ухода при твердении. Магнезиальный пол имеет высокие показатели износостойкости и спокойно выдерживает даже очень активные механические нагрузки. Это отличное решение для торговых и бизнес-центров, общественных мест отдыха, промышленных складов и предприятий.
• Обустройства теплоизоляции
  Фибролит, как мы уже отмечали выше, имеет низкую теплопроводность. Плиты из него применяют при утеплении стен, перекрытий и перегородок. При этом магнезиальный фибролит по прочности превосходит цементную разновидность, а стоит зачастую дешевле.
• Производства готовых изделий
  Магнезитобетон используют в том числе для отливки различных изделий: облицовочной плитки, ступеней, подоконников, а также декоративных элементов. Однако сфера их применения ограничена внутренними отделочными работами из-за низкой водостойкости материала.

Кроме того, на основе магнезита производят штукатурные растворы. Они получаются пластичными и удобными в нанесении, а также жаростойкими.

А вот при возведении зданий и построек этот материал не применяется. Это, опять же, обусловлено в первую очередь его чувствительностью к воде. Тем не менее, разработки в области магнезиальных вяжущих весьма перспективны. Возможно, в будущем появятся такие разновидности магнолита, которые можно будет использовать в любых строительных работах.

В продолжении статьи мы подробнее рассмотрим технологию производства магнезитобетонной смеси и изделий из нее.

Производство магнезиального бетона и магнезитобетонных изделий

Этот материал может применяться в двух формах:

• Во-первых, его используют в виде текучей смеси для наливного пола на месте проведения работ
• Во-вторых, на его основе производят готовые заводские изделия

Ниже мы подробнее поговорим о том, как:

• Готовят магнезитобетонную смесь
• Производят магнезитобетонные изделия
• Производят фибролитовые плиты

Давайте рассмотрим каждый пункт подробнее.

Изготовление магнезитобетонной (ксилолитовой) смеси

В отличие от многих других разновидностей бетона, такую смесь практически не доставляют с завода. Это связано с тем, что магнезитовое вяжущее быстро схватывается. Если везти смесь издалека, то за это время она превратится в камень.

Поэтому магнезитобетон обычно готовят прямо на месте проведения работ.

Выглядит это следующим образом:

1. Предварительно подготовленные – очищенные и высушенные – опилки смешивают с магнезитовым порошком, как правило, в пропорции 3:1
2. Отдельно готовят затворитель: хлорид магния (реже – сульфат магния) тщательно растворяют в теплой воде
3. Соляной раствор вливают в сухую смесь и тщательно перемешивают миксером до однородности

Готовую ксилолитовую смесь затем распределяют по заранее подготовленной поверхности и при необходимости выравнивают. Сделать это нужно достаточно оперативно, пока смесь не начала схватываться.

Для обустройства наливного пола чаще всего берут готовые сухие строительные смеси. Они удобны тем, что все компоненты в них уже строго дозированы в соответствии с рецептурой. Остается только подготовить соляной раствор и замешать все вместо в соответствии с инструкцией.

Производство магнезитобетонных изделий

На основе магнезиальных вяжущих делают плитку, подоконники, ступени и различные декоративные элементы. Реже производят стеновые блоки на основе пеномагнезита.

Технология производства включает в себя такие этапы:

1. Магнезитобетонную смесь готовят так, как мы описали выше. Если речь идет о пеномагнезите, то после приготовления в нее вмешивают пену на основе клееканифольной эмульсии. Подробнее о том, как это происходит, вы можете прочитать в статье Пенобетон.
2. Формы для изделий тщательно смазывают парафином, чтобы защитить их от налипания смеси.
3. Магнезитобетон заливают в формы и при необходимости уплотняют вибрацией или трамбовкой.
4. Изделия доводят до готовности в сушильных камерах.

Главная особенность этого процесса – отсутствие тепловлажностной обработки, которой часто подвергают изделия из других видов бетона. Как мы говорили, магнолиту для набора прочности нужна сухость. В этом случае пропаривание не только не улучшит свойства материала, но и может навредить.

Производство фибролитовых плит

В этом случае технология схожа с описанной выше. Она начинается с получения заполнителя.

Древесную шерсть для фибролита получают таким образом:

1. Бревна поступают на деревообрабатывающий комбинат, где их нарезают на короткие отрезки – чураки
2. Полученные обрубки на специальных станках измельчают в тонкую длинную стружку
3. Древесную шерсть фасуют, упаковывают и отправляют на фибролитовый завод

Технология производства самих плит выглядит следующим образом:

1. Древесную шерсть смешивают с магнезитовым порошком, отдельно готовят теплый раствор хлорида магния
2. Затворитель вливают в сухую смесь и еще раз тщательно перемешивают
3. Готовую магнезитобетонную смесь прессуют на станках, формируя плиты заданных размеров
4. Затвердевшие плиты тщательно просушивают, пока их влажность не снизится до 20%

Готовые изделия затем отправляют на склад или на объект заказчика.

Теперь вы знаете, что из себя представляет магнезиальный бетон, на какие виды он делится и где применяется. В заключительном разделе статьи мы подробнее остановимся на истории появления этого материала.

История применения магнезиального бетона

Свидетельства использования оксида магния в строительных работах обнаруживаются еще в древних цивилизациях Греции, Рима и Китая. Но настоящим «отцом» магнезиальных вяжущих считается Станислас Сорель – французский инженер XIX века, который зарегистрировал соответствующий патент в 1866 году. Именно поэтому такой материал часто называют «цементом Сореля».

Изначально этот новый вид цемента пользовался спросом из-за своего внешнего вида. Из него делали изделия, имитирующие мрамор и слоновую кость, а также лепнину.

Первой разновидностью магнезиального бетона стал ксилолит. Его начали использовать в Германии для производства напольных плит. По данным ЭСБЕ, первый в мире ксилолитовый завод был открыт в Дрездене инженером С. Копфельдом в 1882 году. В Россию новое изобретение пришло 8 лет спустя с открытием завода в Петербурге.

Производство фибролитовых плит было запущено в Австрии в начале XX века. Но изначально они изготавливались на основе цемента. А вот первый фибролитовый завод в СССР заменил это дорогое и дефицитное вяжущее на более доступный магнезит.

Наливные полы из ксилолита и магнезиальные фибролитовые плиты пользовались большим спросом в СССР с 30-х по 80-е годы. Центрами их производства были Южный Урал и Поволжье, где находятся крупнейшие российские месторождения магнезита. Особого упоминания заслуживает город Сатка в Челябинской области. Именно здесь расположен комбинат «Магнезит» – в настоящее время единственный в стране производитель качественных магнезиальных вяжущих для бетона.

На закате СССР популярность магнезитобетона начала сходить на нет. Во-первых, в ходе эксплуатации обнаружились недостатки материала – в первую очередь его низкая водостойкость. Во-вторых, дал о себе знать дефицит качественного магнезита. Большая часть его объемов шла на производство огнеупорных материалов, и на долю бетонной промышленности оставалось не так уж много.

В начале 2000-х материал пережил второе рождение. Этому способствовали новые разработки в бетонной области, которые позволили улучшить водостойкость магнезиальных бетонов. В наше время они пользуются спросом при обустройстве прочных и износостойких полов в общественных заведениях и на предприятиях.

Подведем итог.

Магнезитобетон производится на основе магнезиального вяжущего и органических заполнителей. Он отличается легкостью, прочностью и низкой теплопроводностью, но быстро разрушается под воздействием влаги. В зависимости от заполнителей материал делится на две основные разновидности. Это ксилолит, производимый на основе опилок, и фибролит, в состав которого входит древесная стружка. Ксилолитовые смеси применяют для обустройства высокопрочных наливных полов, а из фибролита делают теплоизоляционные плиты для утепления зданий и сооружений.