Модификационный состав гипсовых
вяжущих
|
Количественное содержание фазового
состава вяжущего в зависимости от способа обжига, %
|
Гипсоварочный котел
|
Вращающаяся печь
|
Мельница «Кладиус Петерс»
|
Автоклав
|
|
83-85
|
70-75
|
30.6
|
-
|
|
-
|
-
|
-
|
81.2
|
-растворимый ангидрит
|
10-13
|
11.6-14.0
|
7.5-15
|
10.7
|
–нерастворимый ангидрит+минеральные
примеси
|
1-3
|
9-11.5
|
46.4
|
1.8
|
|
2-4
|
2-8
|
4-11
|
5.6
|
Количество
гидратной воды
|
6.0-6.2
|
6.0-6.5
|
4.6
|
6.1
|
Производство гипса
складывается из дробления, помола и тепловой обработки (дегидратации) гипсового
камня. Сырьем для производства
гипсовых вяжущих служат природный гипсовый или ангидритовый камень;
гипсосодержащие отходы различных отраслей промышленности (фосфогипс, сажа,
глиногипс). Природное гипсовое минеральное сырье и
гипсосодержащие отходы используются не только в гипсовой промышленности, но и в
цементной, химической, бумажной промышленностях, сельском хозяйстве.
Существует несколько технологических
схем производства гипсового вяжущего: в одних помол предшествует обжигу, в
других помол производится после обжига, а в третьих помол и обжиг совмещаются в
одном аппарате. Тепловую обработку гипсового камня производят в варочных
котлах, сушильных барабанах, шахтных или других мельницах (I).
Полуводный гипс -модификации получают
путем запаривания гипсового щебня в автоклаве, самозапарочных аппаратах,
демпферах. Высокопрочный гипс получают в котлах(реакторах)
1. Производство
гипса с применением варочных котлов. Гипсовый камень, поступающий на завод в
крупных кусках, сначала дробят, затем измельчают в мельнице, одновременно
подсушивая его. В порошкообразном виде камень направляют в варочный котел
периодического или непрерывного действия. Варка происходит за счет обогрева
днища и стенок котла, а также жаровых труб внутри котла, которые в охлажденном
состоянии удаляются по дымовой трубе. Продолжительность варки 90…180 мин. При
варке в котле гипс не соприкасается с топочными газами, что позволяет получать
чистую продукцию, не загрязненную золой топлива.
2. Гипсовое
вяжущее в сушильных барабанах получают путем обжига гипсового камня в виде
щебня размером до 20 мм. Обжиговой частью сушильного барабана служит наклонный
стальной цилиндр диаметром до 2.5 м и длиной до 20м, установленный на роликовых
опорах и непрерывно вращающийся. Гипсовый щебень подается в барабан с
приподнятой стороны и в результате вращения наклонного барабана перемещается в
сторону наклона. Из топки в барабан поступают раскаленные дымовые газы, которые
при движении вдоль барабана обжигают гипсовый камень, а с противоположной
стороны удаляются вентилятором. Далее гипсовый камень измельчают в мельницах.
3. При
обжиге гипса во взвешенном состоянии совмещают две операции: измельчение и
обжиг. В мельницу(шахтную, шаровую, или роликовую) подают гипсовый щебень и
одновременно нагнетают горячие дымовые газы. Образующиеся при размоле
мельчайшие зерна гипса товарной фракции увлекаются из мельницы потоком дымовых
газов и в процессе транспортирования в раскаленном газовом потоке обжигаются.
Пылевоздушная смесь поступает в циклоны и фильтры для осаждения гипса.
Наибольшую производительность
из рассмотренных схем имеет последняя, затем схема обжига в сушильных
барабанах, и, наконец в варочных котлах. Однако первые две схемы существенно
уступают по качеству продукции схеме с варкой гипса.
4. Высокопрочный
гипс получают путем нагревания природного гипса паром под давлением 0.2…0.3МПа
с последующей сушкой при температуре 160…180.
Приготовление гипсового
теста основано на следующей химической реакции
При
затворении порошка гипса водой полуводный сернокислый кальций , содержащийся в нем,
начинает растворятся до образования насыщенного раствора и одновременно
гидратироваться, присоединяя 1.5 молекулы воды и переходя в двугидрат . Растворимость
двугидрата примерно в 5 раз меньше растворимости исходного порошка –
полугидрата. В результате образовавшийся насыщенный раствор полугидрата
оказывается пересыщенным к двугидрату. Пересыщенный раствор в обычных условиях
не может существовать – из него выделяются мельчайшие частицы твердого вещества
– двуводного сернокислого кальция. По мере накопления этих частиц они
склеиваются между собой, вызывая загустевание (схватывание) теста. Затем
мельчайшие частицы гидрата начинают кристаллизоваться, определяя этим
образование прочного гипсового камня. В затвердевшем, но еще влажном гипсе
продолжают протекать процессы перекристаллизации – растворения чести вещества в
межкристаллических контактах и укрупнения кристаллов, что приводит к
разрыхлению структуры. Дальнейшее увеличение прочности гипса происходит
вследствие высыхания твердеющей массы и более полной кристаллизации при этом.
Твердение гипса можно ускорить сушкой, но при температуре не выше 65 во
избежание обратной дегидратации двуводного гипса.
Чтобы получить гипсовое
удобоукладываемое тесто, необходимо взять 60…80% воды от массы вяжущего, а на
химическую реакцию гидратации требуется лишь 18.6% воды. Избыток ее остается в
порах, затем испаряется. Чем больше воды затворения, тем выше пористость камня,
а прочность его соответственно меньше.
Твердение высокообжигового вяжущего
обусловлено образованием двуводного гипса из безводного сернокислого кальция.
Процесс схватывания и
твердения нерастворимого ангидрида, являющегося основным компонентом низкообживого
ангидритового вяжущего (ангидритого цемента) и высокообжигового ангидритового
вяжущего – эстрих-гипса, имеет свои особенности.
Твердение ангидритового вяжущего
происходит в присутствии сульфатных или щелочных активизаторов. Твердение этого
вяжущего обусловлено образованием под воздействием активизаторов сначала
комплексной соли, включающей ангидрит, которая впоследствии распадается с
образованием двугидрата. При твердении в объеме не увеличивается.
Ангидритовые и высокообжиговые
вяжущие не являются быстросхватывающимися. Начало и конец схватывания этих
вяжущих соответственно равны 30 мин… 24 ч и 2 ч…12-36 ч.
Твердение водостойких
(гипсоцементно-пуццолановых и гипсошлако-пуццолановых, композиционных) гипсовых
вяжущих – результат сложных физико-химических процессов, приводящих к
образованию новых гидратных веществ, обуславливающих основные свойства вяжущих
и приближающих их к портландцементу
Свойства, характеристики, применение
□Цвет гипсовых
вяжущих зависит от химической чистоты гипсового сырья, содержания примесей и
способа производства: от белого до серого.
□
Гипсовое вяжущее является быстросхватывающим и быстротвердеющим вяжущим
веществом. Быстрое схватывание гипса затрудняет в ряде случаев
его использование и вызывает необходимость применения замелителей схватывания (кератинового,
известково-кератинового клея, сульфито-дрожжевой бражки в количестве 0.1…0.3%
от массы гипса). Замедлители схватывания уменьшают скорость растворения
полуводного гипса и замедляют диффузионные процессы. При необходимости ускорить
схватывание гипса к нему добавляют двуводный гипс, поваренную соль, серную
кислоту. Одни из них повышают растворимость полуводного гипса, другие
(двуводный гипс) образуют центры кристаллизации, вокруг которых быстро
закристаллизовывается вся масса.
□
Из малой объемной массы (1000-1200 кг/м3)
следуют легкость гипсовых изделий, низкие показатели звукопоглощения.
□
По
сравнению с другими строительными материалами в гипсе в зависимости от объемной
массы диффузионная проницаемость
изменяется мало, поэтому гипс обладает способностью быстро поглощать и отдавать
влагу. Гипс – единственный в настоящее время искусственный материал,
обеспечивающий оптимальный температурно-влажностный режим в любом помещении, в
любых климатических условиях.
□
Чем больше воды затворения, тем выше пористость камня, а прочность
соответственно меньше. Марку гипсовых вяжущих характеризуют по прочности при
сжатии образцов-балочек 40х40х160 мм в возрасте 2 ч после затворения водой.
Прочность гипсовых образцов, высушенных при температуре до 60,
в 2…2.5 раза выше прочности лважных образцов после 1.5 часов твердения. Лучшие
сорта гипса после сушки имеют прочность при сжатии 18…20 МПа, а прочность при
растяжении в 6…8 раз меньше.
□
При твердении гипс расширяется в объеме до 1%, благодаря чему гипсовые
отливки хорошо заполняют форму и передают ее очертания. При его высыхании
трещин не образуется.
□
Минеральный состав и пористость обуславливают высокую гигиеничность, экологичность,
био-, пожаро- и огнестойкость гипса.
Повышенный
класс огнестойкости гипса обусловлен тем, что при воздействии огня
затрачивается значительное количество теплоты на испарение кристаллизационной
воды, выделяющейся при дегидратации двугидрата сульфата кальция, и образованием
в процессе дегидратации сильно развитой пористой структуры гипса, имеющей
высокий коэффициент термического расширения.
□
Гипсовое вяжущее в воде снижает свою прочность вследствие растворения
двугидрата и разрушения кристаллического сростка. Водостойкость его
может быть повышена введением небольших количеств гидрофобных веществ(олеиновой
кислоты и др.), добавкой молотого гранулированного шлака, извести,
портландцемента, супер- и гиперпластификаторов (Например, серии Melment и
Melflux немецкой фирмы Degussa Construction Polymers)
□
Изделия
из гипса обладают также еще парой недостатков: значительной
объемной деформацией, вызывающей коробление гипсовых армированных изделий;
арматура в них подвергается коррозии.
По
срокам схватывания ГОСТ 125-79 предусматривает выпуск следующих вяжущих:
Таблица 2
|
Индекс сроков твердения
|
Начало схватывания, не ранее, мин.
|
Конец схватывания, не позднее, мин.
|
Быстротвердеющий
|
А
|
2
|
15 мин.
|
Нормальнотвердеющий
|
Б
|
6
|
30 мин.
|
Медленнотвердеющий
|
В
|
20
|
Не нормируется
|
В зависимости от степени помола
различают виды вяжущих, приведенные в табл.3.
Таблица
3
Вид вяжущего
|
Индекс степени
помола
|
Максимальный
остаток на
сите c размерами
ячеек
в свету 0,2 мм, %, не более
|
Грубого
помола
|
I
|
23
|
Среднего
помола
|
II
|
14
|
Тонкого
помола
|
III
|
2
|
В
зависимости от предела прочности на сжатие различают следующие марки
гипсовых вяжущих: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22,
Г-25.
Минимальный предел
прочности каждой марки вяжущего должен соответствовать значениям, приведенным в
табл.4
Таблица
4
Для
гипсовых строительных изделий всех видов рекомендуются марки Г-2…Г-7 всех
сроков твердения и степеней помола
-
для тонкостенных строительных изделий и декоративных деталей может
использоваться гипс тех же марок, но только тонкого и среднего помола, быстрого
и нормального твердения. Наиболее распространенные строительные изделия из
гипса – гипсокартон и пазогребниевые гипсовые перегородочные панелей, листы
сухой штукатурки , вентиляционные коробы, арболит, гипсоволокнистые и
гипсостружечные плиты, акустические панели.
-при
штукатурных работах и заделке швов применяются марки Г-2…Г-25 нормального и
медленного твердения.
-гипс
марок Г-5…Г-25 тонкого помола с нормальными сроками твердения служит для
изготовления форм и моделей в керамической, машиностроительной промышленности,
ювелирном производстве, а так же в медицине и стоматологии
Ангидритовый
цемент и эстрих-гипс используются в кладочных растворах, устройстве стяжек под
полы, изготовлении строительных изделий и деталей1, изготовлении искусственного
мрамора.
Гипсоцементно-пуццолановые
и – шлаковые используются для приготовления растворов и деталей, способных к
гидравлическому твердению.