Фосфатные цементы
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 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 структурообразования, 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.
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.
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.
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).
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.