Гипсовое вяжущее: Тюменский индустриальный университет » Страница не найдена – 2.2 Классификация гипсовых вяжущих. Характеристика групп, свойства, применение

Гипсовое вяжущее вещество: характеристика, свойства, производство и применение

Строительные и другие материалы из гипса используются в различных отраслях народного хозяйства. Ими уже давно никого не удивишь. Но мало кто задумывается о том, что на самом деле представляет собой гипсовое вяжущее, что служит для него сырьем и как оно получается. А ведь для производства всех строительных материалов (штукатурок, кладочных растворов, штукатурных листов) и других деталей необходимо сначала подготовить сырье. Ведь характеристики готового материала в большой степени зависят от качества используемого сырья.

Понятие и состав

Вяжущее из гипса представляет собой воздушный материал, который состоит по большей части из двуводного гипса. Состав гипса также дополняют природный ангидрид и отдельные отходы промышленности, в состав которых входит сернистый кальций.

Гипсовое вяжущее вещество: характеристика, свойства, производство и применение

В эту же группу также входят комбинированные вещества. В их составе – полуводный гипс, известь, доменные шлаки, цемент.

Сырьем для производства являются горные породы, содержащие сульфаты. ГОСТом определено, что для изготовления гипсового вяжущего может быть использован только гипсовый камень (соответствующий всем требованиям, которые предъявляются к нему ГОСТом 4013) или фосфогипс, также соответствующий требованиям нормативных документов.

Характеристика гипсовых вяжущих

Гипсовый раствор необходимо использовать до момента его полного затвердевания. Нельзя его размешивать после того, как процесс кристаллизации уже начался. Перемешивание вызывает разрушение образовавшихся связей между кристаллами каркаса. Из-за этого раствор теряет свои вяжущие способности.

Изделия из гипса не являются водостойкими. Но производители материала нашли выход из этой ситуации. Ученые определили, что различные добавки гипсовых вяжущих позволяют увеличить этот показатель. Поэтому в состав материала добавляют различные вещества: известь, измельченный доменный шлак, карбамидные смолы, органические жидкости, в состав которых входит кремний.

Использование гипсовых материалов не требует применения дополнительных наполнителей. Они не дают усадку, трещины на обрабатываемой поверхности не появятся. Гипсовые вяжущие, наоборот, увеличиваются в объеме после полного затвердевания. В некоторых ситуация добавляются деревянные опилки, костра, пемза, керамзит и другие материалы.

Еще одна особенность – гипсовые материалы ускоряют процесс коррозии черных металлов (гвоздей, арматуры, проволоки и так далее). Этот процесс происходит еще быстрее во влажных условиях.

Вяжущее из гипса быстро впитывает влагу и теряют свою активность. Поэтому при хранении и транспортировании необходимо соблюдать некоторые правила. Храниться материал может только в сухом месте. Даже при соблюдении этого правила, спустя три месяца хранения материал потеряет примерно тридцать процентов своей активности. Перевозят материал навалом или же запакованным в тару. При этом важно защитить его от мусора и влаги.

Производство

Для данного процесса необходимо выполнить следующие процессы:

  • дробление природного гипсового вещества;
  • сушка сырья;
  • воздействие температуры.

Гипсовый камень подается в бункер, откуда он попадает в дробилку. Там происходит его измельчение на части, размер которых не превышает четырех сантиметров. После дробления материал по элеватору отправляется в расходный бункер. Оттуда равными частями он поступает в мельницу. Там он подсушивается и измельчается до меньшей фракции. Сушка на данном этапе необходима для ускорения и облегчения процесса дробления материала.

Гипсовое вяжущее вещество: характеристика, свойства, производство и применение

В мельнице порошок разогревается до девяноста градусов. В таком состоянии он транспортируется в гипсоварочный котел. Именно там и происходит выделение воды из вещества в процессе обжига. Этот процесс начинается с невысоких температур (порядка восьмидесяти градусов). Но вода из материала лучше всего уходит при температурном диапазоне от ста десяти до ста восьмидесяти градусов.

Весь процесс обработки температурой делится на два этапа. Сначала в течение трех часов материал выдерживают в варочном котле. Там удаляется вода, и двуводный гипс превращается в полуводный. Все это время гипс помешивается для однородности нагревания. По окончании указанного времени, вещество в разогретом состоянии отправляется в так называемый бункер томления. Он уже не подогревается. Но за счет высокой температуры самого вещества там продолжается процесс дегидратации. На это уходит еще примерно сорок минут. После этого вяжущие материалы считаются готовыми. И их отправляют на склад готовой продукции.

Твердение материала

Твердение гипсовых вяжущих происходит при смешивании порошка с водой. При этом образуется пластичная масса, которая в течение нескольких минут затвердевает. С химической точки зрения, происходит процесс, обратный тому, что происходил в процессе производства. Только происходит он гораздо быстрее. То есть полуводный гипс присоединяет воду, в результате чего образуется двуводное гипсовое вещество. Весь этот процесс можно разделить на три этапа.

На первом этапе полуводное гипсовое вещество растворяется в воде с образованием насыщенного раствора двуводного гипса. Двугидрат обладает высоким показателем растворимости. За счет этого очень быстро происходит процесс перенасыщения раствора. Как результат – выпадение осадка, которым является двугидрат. Эти выпавшие частицы склеиваются между собой, тем самым начиная процесс схватывания.

Гипсовое вяжущее вещество: характеристика, свойства, производство и применение

Следующий этап – кристаллизация. Отдельные кристаллы вещества по мере роста начинают соединяться и образуют прочный каркас. По мере высушивания (удаления влаги) связи между кристаллами становятся прочнее.

Изменение скорости схватывания

Процесс схватывания можно ускорять или, наоборот, замедлять по необходимости. Делают это с помощью добавок, которые вводят в гипсовые вяжущие.

Виды добавок, которые ускоряют процесс схватывания:

  • вещества, которые увеличивают растворимость полугидрата: сульфат натрия или калия, поваренная соль и прочие;
  • вещества, которые в реакции будут являться центром кристаллизации: соли фосфорной кислоты, измельченный природный гипс и так далее.

Чаще всего используют измельченный гипсовый камень. Его частицы служат центрами кристаллизации, вокруг которых будет расти в дальнейшем кристалл. Большей эффективностью характеризуется «вторичный» гипс. Под ним понимают гипс, который уже проходит этап схватывания и твердения сернистого кальция. К такому виду можно отнести разбитые и измельченные изделия.

Замедляют процесс схватывания следующие вещества:

  • увеличивающие пластичность теста: раствор столярного клея в воде, хвойный настой, известково-клеевая эмульсия, ЛСТ и так далее;
  • росту кристаллов препятствует пленка, которая образуется на зернах полуводного гипса под воздействием таких веществ, как: бура, аммиак, кератиновый замедлитель, фосфаты и бораты щелочных металлов, лиловый спирт и другие.

Стоит отметить, что введение ускоряющих процесс добавок отрицательно сказывается на прочности гипса. Поэтому их использовать необходимо с осторожностью и добавлять в небольших количествах.

Гипсовое вяжущее вещество: характеристика, свойства, производство и применение

Время схватывания (твердения) во многом зависит от качества исходного сырья, времени и условий хранения, температуры, при которой происходит процесс соединения материала с водой, и даже времени перемешивания раствора.

Слишком короткое время схватывания обычно связывают с наличием в материале частиц двугидрата, которые остались там после обжига. Время схватывания также увеличится, если гипсовое вещество будет разогрето примерно до сорока пяти градусов. Если температуру материала увеличить еще сильнее, то процесс, наоборот, замедлится. Длительное перемешивание гипсовой смеси приведет к ускорению процесса схватывания.

Отличия теории и практики

Особенностью процесса твердения является то, что гипс, в отличие от других вяжущих, при затвердевании увеличивается в объеме (до одного процента). За счет этого для гидратации полуводного вещества необходимо примерно в четыре раза больше воды, чем должно быть в теории. В теории воды требуется примерно 18,6% от массы материала. На практике воду берут для получения раствора нормальной густоты в количестве до семидесяти процентов. Для определения водопотребности материала определяют объем воды в процентах от массы самого материала, который необходимо добавить для получения раствора нормальной густоты (диаметр лепешки 180+5 миллиметров).

Еще одно отличие практики заключается в том, что при удалении лишней воды во время сушки в материале образуются поры. За счет этого гипсовый камень теряет свою прочность. Устраняют этот момент дополнительной сушкой. Изделия из гипса высушивают при температуре, не превышающей семидесяти градусов. Если еще больше увеличить температуру, начнется реакция дегидратации вещества.

Влияние температуры на получаемое вещество

Для получения гипсового вяжущего гипсовый камень подвергают высоким температурам. В зависимости от значения этой температуры, гипсовое вещество может быть двух видов:

  • Низкообжиговые, для производства которых обработка сырья происходит под воздействием температуры от ста двадцати до ста восьмидесяти градусов. Сырьем в данном случае чаще всего является полуводный гипс. Основным отличием данного материала является высокая скорость затвердевания.
  • Высокообжиговые (ангидритовые), которые образуются в результате действия высокой температуры (свыше двухсот градусов). Затвердевает такой материал дольше. На схватывание также необходимо больше времени.

Каждая из этих групп, в свою очередь, имеет несколько различных материалов, входящих в нее.

Виды низкообжиговых вяжущих

Гипсовое вяжущее данной категории включает в себя следующие материалы:

  • Строительный гипс. Для его изготовления необходимо правильно отобрать сырье. Производство гипса для проведения строительных работ допустимо с использованием в качестве сырья вяжущего марки от пятой и выше, остаток которого на сите составляет не более двенадцати процентов. Для изготовления строительных изделий подходит вяжущее, относящееся к марке от второй до седьмой, независимо от времени схватывания и степени измельчения. Декоративные элементы изготавливаются из материалов тех же видов. За исключением веществ грубого помола и медленно схватывающихся. Гипсовые штукатурные смеси изготавливаются из веществ 2-25 марки, кроме вяжущего с грубым помолом и быстротвердеющего.
  • Высокопрочный гипс может характеризоваться одной из нескольких марок (с индексами от 200 до 500). Прочность данного материала составляет порядка 15-25 МПа, что значительно выше, чем у других видов.
  • Формовочный гипс отличается высокой степенью водопотребности и высокой прочностью в затвердевшем состоянии. Из него получают изделия из гипса: керамические формы, фарфоро-фаянсовые элементы и так далее.

Ангидритовые материалы

Данный вид, в свою очередь, образует два вещества:

  • ангидритовый цемент, получающийся при обработке температурой до семисот градусов;
  • эстрих-гипс, образующийся под влиянием на сульфат кальция температуры свыше 900 градусов.

Гипсовое вяжущее вещество: характеристика, свойства, производство и применение

Состав гипса ангидритового включает: от двух до пяти процентов извести, смесь сульфата с купоросом (медным или железным) до одного процента, от трех до восьми процентов доломита, от десяти до пятнадцати процентов доменного шлака.

Ангидритовый цемент отличается медленным схватыванием (от тридцати минут до суток). В зависимости от прочности его делят на следующие марки: М50, М100, М 150, М200. Цемент данного вида широко используется при строительстве. Его используют для:

  • изготовления клеевого, штукатурного или кладочного раствора;
  • изготовления бетона;
  • производства декоративных элементов;
  • изготовления теплоизоляционных материалов.

Эстрих-гипс обладает следующими характеристиками:

  • Медленным схватыванием.
  • Прочностью до двадцати мегапаскаль.
  • Низкой теплопрводностью.
  • Хорошей звукоизоляцией.
  • Устойчивостью к воздействию влаги.
  • Морозоустойчивостью.
  • Небольшой степенью деформации.
  • Это основные, но далеко не все достоинства, которыми обладает эстрих-гипс. Применение его основано на этих показателях. Он используется для штукатурки стен, производства искусственного мрамора, при возведении мозаичного пола и так далее.

    Деление вяжущего на виды

    Свойства гипсовых вяжущих позволяют разделить их на несколько различных групп. Для этого используют несколько классификаций.

    По времени схватывания выделяют следующие группы:

    • Группа «А». В нее входят вяжущие, которые быстро схватываются. На это уходит от двух до пятнадцати минут.
    • Группа «Б». Вяжущие материалы данной группы схватываются за время от шести до тридцати минут. Их называют нормально схватывающимися веществами.
    • Группа «В», к которой относятся медленно схватывающиеся вяжущие. На схватывание необходимо более двадцати минут. Верхняя граница не нормируется.

    Тонкость помола определяется по оставшимся на сите частицам. Связано это с тем, что на сите с размером ячейки 0,2 миллиметра всегда остаются гипсовые вяжущие. ГОСТ указывает на следующие группы:

    • Грубый помол или первая группа указывает на то, что на сите остается до двадцати трех процентов материала.
    • Средний помол (вторая группа), если на сите осталось не более четырнадцати процентов вяжущего.
    • Тонкий помол (третья группа) говорит о том, что остаток вещества на сите не превышает двух процентов.

    Гипсовое вяжущее вещество: характеристика, свойства, производство и применение

    Материал испытывают на прочность при изгибе и сжатии. Для этого из гипсового раствора готовят бруски с размером 40 х 40 х 160 миллиметров. Спустя два часа после изготовления, когда процессы кристаллизации и гидратации завершаются, начинают испытания. Гипсовые вяжущие (ГОСТ 125-79) по прочности делятся на двенадцать марок. Они имеют индексы от двух до двадцати пяти. Значение предела прочности в зависимости от марок собраны в специальные таблицы. Ее можно увидеть даже в самом ГОСТе.

    Основные параметры и виды материала можно узнать по его маркировке. Выглядит она примерно так: Г-6-А-11. Эта надпись будет означать следующее:

    • Г- гипсовое вяжущее вещество.
    • 6 – марка материала (означает, что прочность составляет более шести мегапаскаль).
    • А – определяет вид по времени схватывания (то есть быстротвердеющее).
    • 11 – указывает на степень помола (в данном случае средний).

    Область применения гипсовых веществ

    Технология гипсовых вяжущих позволяет получить материалы, пригодные к использованию в различных сферах. Наиболее широко гипс используется в строительстве. Масштабы его применения можно сравнить с использованием цемента. Гипсовое вяжущее обладает некоторыми преимуществами перед тем же цементом. К примеру, на его производство уходит меньше топлива почти в четыре раза. Он гигиеничен, устойчив к огню, обладает пористостью в пределах от тридцати до шестидесяти процентов, небольшой плотностью (до полутора тысяч килограмм на один кубический метр). Эти характеристики и обусловили область применения материала.

    Гипсовое вяжущее вещество: характеристика, свойства, производство и применение

    Для штукатурных работ широко используется именно гипс. Применение его не зависит от марок материала. Используется вяжущее с тонким и средним помолом частиц, нормально и медленно схватывающееся. Гипс добавляется в штукатурку из известняка и песка. За счет этого улучшается прочность раствора после высыхания. А слой штукатурки на поверхности становится гладким и светлым, подходящим для дальнейшей финишной отделки.

    Гипсовые вещества, относящиеся к маркам от Г-2 до Г-7, используются для изготовления перегородочных панелей, листов так называемой сухой штукатурки и других гипсобетонных изделий. Их добавляют в растворы для получения составов для внутренних работ.

    Керамические, фарфоровые и фаянсовые изделия и детали изготавливаются с добавлением вяжущего из гипса, относящегося к маркам от Г-5 до Г-25. Вяжущее должно относиться к категории нормально схватывающихся и тонкомолотых веществ.

    Гипсовое вяжущее используется для приготовления раствора, который используется при конопатке окон, дверей, перегородок. С этой целью подходят более низкие марки материала.

    Как видно, характеристики гипсового вяжущего позволяют использовать материал с различными целями и в различных сферах деятельности. Это прочный, морозоустойчивый, гигиеничный, экологичный, огнеупорный материал. Его качественные характеристики определяются принадлежностью к определенной группе материалов по тому или иному признаку.

    Тематические статьи

    52) Гипсовые вяжущие. Получение, свойства, применение.

    Гипсовыми вяжущими веществами называют материалы, для получения которых используют сырье, содержащее сернокислый кальций. Чаще это природные гипс CaSО4•2h3O и ангидрит CaSO4, реже — некоторые побочные продукты химической промышленности (фосфо-гипс, борогипс).

    Гипсовые вяжущие применяют для производства гипсовой сухой штукатурки, перегородочных плит и панелей, архитектурных, звукопоглощающих и других изделий, а также строительных растворовдля внутренних частей зданий.

    Свойства гипсовых вяжущих веществ

    Свойства низкообжиговых гипсовых вяжущих во многом одинаковы. Главное различие состоит в прочности, что в основном связано с их разной водопотребностью. Для получения теста нормальной густоты гипс ?-модификации требует 50…70 % воды, а ?-модификации — 30…45 %, в то время как по уравнению гидратации полугидрата в двугидрат необходимо всего 18,6% воды от массы вяжущего вещества. Вследствие значительного количества химически несвязанной воды затвердевший гипс имеет большую пористость — 30…50%.

    Стандартом на гипсовые вяжущие установлено 12 марок (МПа): Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. При этом минимальный предел прочности при изгибе для каждой марки вяжущего должен соответствовать значению соответственно от 1,2 до 8 МПа.

    По тонкости помола, определяемой остатком (в %) при просеивании пробы на сите с отверстиями размером 0,2 мм, гипсовые вяжущие делятся на три группы:

    □□грубый,

    □□средний,

    □□тонкий.

    Гипсовые вяжущие относительно быстро схватываются и твердеют. Различают быстротвердеющий (А), нормально твердеющий (Б) и медленно твердеющий (В) гипсы со сроками схватывания соответственно начало — не ранее 2, 6 и 20 мин, конец — не позднее 15, 30 мин (для В — не нормируется).

    Особенностью полуводного гипса по сравнению с другими вяжущими является его способность при твердении увеличиваться в объеме (до 1 %). Так как увеличение объема происходит в еще окончательно не схватившейся массе, то она хорошо уплотняется и заполняет форму. Это позволяет широко применять гипс для отливки художественных изделий сложной формы.

    Недостатками затвердевших гипсовых вяжущих являются значительные деформации под нагрузкой (ползучесть) и низкая водостойкость. Для повышения водостойкости гипсовых изделий при изготовлении вводят гидрофобные добавки, молотый доменный гранулированный шлак.

    Производство гипса (гипсовых вяжущих веществ)

    Создавая соответствующие условия дегидратации двуводного гипса, можно получить различные гипсовые вяжущие вещества, которые разделяют на две группы:

    □□низкообжиговые — собственно гипсовые,

    □□высокообжиговые (ангидритовые) — ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс.

    При нагревании двуводного гипса до 180°С двуводный гипс превращается в полуводный: при дальнейшем нагревании до 200°С полностью обезвоживается, превращаясь в безводный растворимый ангидрит CaSО4.

    При дальнейшем нагревании до 450…750°С безводный гипс медленно переходит в нерастворимый ангидрит, не обладающий вяжущими свойствами, но если его размолоть и ввести катализаторы, он приобретает способность медленно схватываться и твердеть.

    При нагревании до 800…1000°С нерастворимый ангидрит частично разлагается на оксид кальция, сернистый газ и кислород. Полученный продукт, размолотый в порошок, вследствие появления небольшого количества оксида кальция (3…5 %), выполняющего роль катализатора, вновь приобретает свойства схватываться и твердеть.

    Термическую обработку природного гипса и помол осуществляют по различным схемам. По одной из схем гипсовый камень измельчают до обжига, по другой — после обжига, а по третьей — помол и обжиг совмещают в одном аппарате (обжиг во взвешенном состоянии).

    Для получения гипсовых вяжущих сырье обжигают в печах (вращающихся, шахтных и др.) или в варочных котлах. При обжиге в открытых аппаратах, вода из сырья удаляется в виде пара и гипсовое вяжущее преимущественно состоит из мелких кристаллов ?-модификации CaSО4•0,5Н2О. При обжиге в герметических аппаратах (котлах-автоклавах), в которых обезвоживание природного гипса происходит в среде насыщенного пара под давлением выше атмосферного или в процессе кипячения в водных растворах некоторых солей при атмосферном давлении с последующей сушкой и измельчением, получают гипс, который состоит в основном из ?-модификации CaSО4•0,5Н2О в виде крупных и плотных кристаллов, характеризующихся пониженном водопотребностью но сравнению с ?-полугидратом. Это обусловливает его более плотную структуру и прочность.

    Твердение гипсовых вяжущих (гипса)

    Твердение гипсовых вяжущих проходит по следующей схеме.

    На первом этапе (подготовительном) частицы полуводного гипса, приходя в соприкосновение с водой, начинают растворяться с поверхности до образования насыщенного раствора. Одновременно начинается гидратация полуводного гипса. Этот период характеризуется пластичным состоянием теста.

    На втором этапе (коллоидации) наряду с гидратацией растворенного полугидрата и переходом его в двуводный гипс происходит прямое присоединение воды к твердому полуводному гипсу. Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде высокодисперсных кристаллических частичек. Так как двуводный гипс обладает значительно меньшей растворимостью (примерно в 5 раз), чем полуводный, то насыщенный раствор по отношению к исходному полуводному гипсу является пересыщенным по отношению к образующемуся двуводному гипсу и тот, выделяясь из раствора, образует коллоидно-дисперсную массу в виде геля, в которой кристаллики двугидрата связаны слабыми ван-дер-ваальсовыми силами молекулярного сцепления. Этот период характеризуется схватыванием (загустеванием).

    На третьем этапе (кристаллизации) образовавшийся неустойчивый гель перекристаллизовывается в более крупные кристаллы, которые срастаются между собой в кристаллические сростки, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности.

    Указанные этапы не следуют строго друг за другом, а накладываются один на другой и продолжаются до, тех пор, пока весь полуводный гипс не перейдет в двуводный (через 20…40 мин после затвердения). К этому времени достигается максимальная прочность системы. Дальнейшее увеличение прочности гипсового камня происходит вследствие его высыхания. При этом из водного раствора выделяется частично оставшийся в нем двуводный гипс, упрочняющий контакты между кристаллическими сростками. При полном высыхании рост прочности прекращается. Сушка является необходимой операцией в технологии гипсовых изделий, но проводить ее надо осторожно (при температуре не выше 60…70°С), чтобы не допустить дегидратацию образовавшегося двугидрата сульфата кальция.

    2.3. Технология производства гипсовых вяжущих

    Технологический процесс производства гипсовых вяжущих состоит в измельчении гипсового камня (дроблении и помоле) и тепловой обработке (дегидратации). Степень измельчения гипсового камня перед тепловой обработкой определяется типом теплового аппарата. В запарочные аппараты материал подают кусками размером до 400 мм, во вращающиеся печи—10— 35 мм, а в варочные котлы — в виде порошка. Используемые технологические схемы получения гипсовых вяжущих отличаются одна от другой видом и последовательностью основных операций. Наиболее распространенные технологические схемы условно можно представить следующим образом:

    1. Дробление  помол  варка

    2. Дробление  сушка  помол  варка

    3. Дробление  сушка + помол  варка

    4. Дробление  помол  варка  помол

    5. Дробление  сушка + помол  варка  помол

    6. Дробление  обжиг  помол

    7. Дробление  обжиг + помол

    8. Дробление  запаривание  помол

    Первые пять схем используют при производстве гипсовых вяжущих в гипсоварочных котлах, тепловая обработка материала в которых носит название варки. Наиболее простая схема 1, но ее применение возможно лишь при сухом сырье. Если влажность сырья превышает 1 %, то перед помолом его необходимо сушить (схема 2). Целесообразно совмещение этих двух операций в одном технологическом аппарате (схема 3). Для улучшения качества продукции желателен вторичный помол полуводного гипса, выходящего из варочных котлов (схемы 4 и 5). Схему 6 используют как при производстве высокообжиговых, так и низкообжиговых гипсовых вяжущих во вращающихся печах, а схему 7 — в аппаратах совмещенного помола и обжига. Схема 8 предназначена для получения гипса повышенной прочности на основе α-модификации полугидрата. Выбор технологической схемы и типа аппарата для тепловой обработки зависит от масштабов производства, свойств сырья, требуемого качества продукции и других факторов.

    Производство гипсовых вяжущих в гипсоварочных котлах получило наибольшее распространение (рисунок). Гипсовый камень предварительно дробится в щековой дробилке. Для той же цели могут использоваться молотковые и конусные дробилки. Дробленый материал поступает на помол в шахтную мельницу (или же аэробильную, ролико-маятниковую, шаровую).

    Широко применяется шахтная молотковая мельница. Она состоит из размольной камеры и быстровращающегося ротора с дисками, на которых шарнирно укреплены молотки. Над мельницей находится прямоугольная металлическая шахта высотой 9—14 м, а на высоте 1 м от размольной камеры — течка, через которую в мельницу поступает предварительно дробленое сырье. Попадая на вращающийся ротор, оно измельчается в тонкий порошок. В шахтной мельнице может одновременно осуществляться помол и сушка сырья. Это особенно ценно, так как наличие влаги затрудняет помол гипсового камня, а предварительная сушка сырья в отдельном аппарате, например, сушильном барабане, усложняет технологическую схему.

    Источником теплоты для сушки материала в шахтных мельницах в большинстве случаев являются отработанные в варочных котлах газы с температурой 350— 500 °С и выше. Непрерывно поступая под ротор мельницы, они уносят с собой продукт помола вверх в шахту, где он подсушивается. При этом процесс саморегулируется— более крупные зерна выпадают из газового потока и снова поступают в мельницу, где повторно измельчаются, а мелкие уносятся в пылеулавливающие устройства. Обычно скорость горячих газов в шахте составляет 4—б м/с. При ее уменьшении помол становится более тонким, при увеличении —- более грубым. Тонкодисперсные частицы, уловленные системой пылеочистки, поступают в гипсоварочный котел.

    Гипсоварочный котел — цилиндр с вогнутым сферическим днищем, изготовленный из жароупорной стали и обмурованный кирпичной кладкой. Под котлом находится топка, сводом которой служит днище котла. Внутри котла попарно один над другим проходят металлические жаровые трубы. Продукты сгорания топлива омывают днище котла, затем, проходя по кольцевым каналам, обогревают его боковые стенки, попадая в жаровые трубы, нагревают их, а затем подаются в шахтную мельницу или удаляются через дымовую трубу. В результате обеспечиваются равномерный обогрев материала и полное использование теплоты дымовых газов. Материал в котле перемешивается вертикальным валом с верхней и нижней мешалками.

    Предварительно разогретый котел загружают сверху через отверстие в крышке при непрерывной работе мешалки. После загрузки первой порции ожидают признаков «кипения», вызванного выделением паров воды. Затем продолжают постепенно засыпку гипсового порошка и следят, чтобы гипс все время находился в кипящем состоянии.

    Продолжительность дегидратации гипсового камня в котлах зависит от их емкости, тонкости помола порошка и т. д. Она колеблется от 50 мин до 2,5 ч. В котлах, например, объемом 12 м3 температура сырья быстро поднимается с 80 до 119°С. Затем, несмотря на поступление теплоты, некоторое время она сохраняется постоянной. Это соответствует периоду выделения из гипса кристаллизационной воды и превращения ее в пар. Бурное кипение материала требует большого расхода теплоты. По мере уменьшения в порошке количества двугидрата теплота начинает расходоваться не только на физико-химические процессы, но и на нагрев образовавшегося полугидрата. Слишком высокая температура (170—180°С) может вызвать вторичное его кипение, обусловленное дегидратацией полуводного гипса. При этом возможна осадка материала, что затрудняет выгрузку его из котла.

    По окончании варки материал выгружают в бункер выдерживания для постепенного охлаждения в течение 20—30 мин. Объем бункера обычно вдвое больше объема котла. Выдерживание улучшает качество вяжущего. Оставшийся двугидрат за счет теплоты выгруженного материала переходит в полугидрат. Одновременно под действием паров воды растворимый ангидрит гидратируется до полугидрата. В результате выравнивается состав продукта, снижается его водопотребность и повышается качество.

    Получаемый в варочных котлах продукт в основном состоит из -полугидрата. Однако содержание в нем α-полугидрата можно повысить подачей в варочный котел небольших количеств солей, например 0,1 % NaCl. Раствор соли снижает упругость пара у поверхности зерен, в итоге ускоряется процесс варки и повышается качество продукта. Содержание α -полугидрата повышается также в котлах большой вместимости, так как в них растет высота слоя материала и затрудняется удаление поды.

    Производительность наиболее перспективного варочного котла СМЛ-158 вместимостью 15,2 м3 составляет 8,5 т/ч. Удельный расход условного топлива на 1 т гипса составляет 52 кг при использовании твердого топлива и 40 кг при использовании газа и мазута. Удельный расход электроэнергии 105—110 МДж.

    На многих заводах процесс варки гипса в котлах автоматизирован. Загрузка котла сырьем до определенного уровня, поддержание заданной температуры гипса в конце варки, перемещение выгрузочного шибера выполняются соответствующими исполнительными механизмами. В результате сокращаются затраты ручного труда, уменьшается вероятность перегрева обечаек и днищ котлов, стабилизируется процесс варки и повышается качество продукции.

    Заполнение котла гипсом контролируется сигнализатором уровня. Сигнал датчика передается на электродвигатель шнека-загрузчика и отключает его. Режим варки и конечная температура гипса контролируются манометрическим термометром или термометром сопротивления. При достижении заданной температуры гипса подается сигнал на включение электродвигателя привода шибера котла. Включение двигателя для работы по закрытию шибера происходит с помощью реле времени. Реле настраивают на подбираемое опытным путем время, достаточное для полного опорожнения котла. После закрытия шибера подается сигнал на включение шнека-загрузчика котла, и цикл повторяется.

    Варочные котлы отличаются простотой обслуживания, удобством регулирования и контроля режима обжига. Обрабатываемый в них материал с пламенем и дымовыми газами не соприкасается и не загрязняется золой. Однако варочным котлам присущи и некоторые недостатки: периодичность работы, быстрая изнашиваемость днища и обечаек котлов, сложность улавливания гипсовой пыли.

    Дальнейшим усовершенствованием гипсоварочных котлов является перевод их с периодического режима работы на непрерывный. Тонкомолотый гипс загружают в котел непрерывно ниже уровня поверхности обрабатываемого материала. Образующийся в процессе варки полугидрат имеет меньшую плотность, поэтому он вытесняется из нижней зоны непрерывно поступающим в котел сырым гипсовым порошком. Поднимаясь, полугидрат доходит до окна в боковой стенке котла и самотеком поступает в бункер выдерживания. Производительность таких котлов в 2—3 раза выше, чем котлов периодического действия. Однако конструктивная сложность снижает надежность их работы и ограничивает распространение.

    Производство гипса во вращающихся печах достаточно широко распространено в отечественной и зарубежной практике. Вращающаяся печь — наклонный металлический барабан, по которому медленно перемещается дробленый гипсовый камень с размером кусков до 35 мм. Для обжига гипса на полугидрат используют печи длиной до 8—14 м и диаметром 1,6—2,2 м. Топливо сжигают в специальной топке. Между топкой и печью часто помещают смесительную камеру, в которой во избежание пережога продукта температура выходящих из топки газов несколько понижается за счет смешения их с холодным воздухом. Скорость движения горячих газов в печи 1—2 м/с. Превышение этих пределов вызывает сильный унос мелких частиц полугидрата.

    Обжиг производят по методу как прямотока, так и противотока. Температура поступающих в печь горячих газов при прямотоке должна быть 950—1000 °С, при противотоке — 750—800 °С. При прямотоке достигается более равномерный обжиг гипса и, следовательно, лучшее его качество. При этом происходит своеобразное саморегулирование процесса обжига: мелкие, быстро дегидратирующиеся частицы транспортируются газами в холодный конец печи тем быстрее, чем меньше их размер и больше скорость газов. Однако при прямотоке выше расход топлива.

    При обжиге во вращающихся печах необходимо создавать однородность размеров кусков сырья, поступающего на обжиг, и их сохранность при тепловой обработке. В зависимости от времени нахождения материала в печи определяют предельно допустимый размер кусков. Так, куски размером 40 мм должны находиться в печи 1,5—2 ч. Выходящий из ночи горячий материал направляют в бункера выдерживания или сразу подвергают помолу.

    Производство гипсовых вяжущих во вращающихся печах может быть интенсифицировано улучшением теплообмена между теплоносителем и гипсовым камнем и увеличением коэффициента загрузки обжиговых агрегатов. Такая модернизация позволяет увеличить производительность печей, улучшить режим обжига гипсового камня, повысить однородность состава готового продукта и его качество, а также снизить затраты топлива и потери теплоты с отходящими газами.

    Производительность вращающейся печи зависит от объема внутренней части, угла наклона и частоты вращения печи, температуры и скорости движения газов, качества сырья и других факторов и составляет 125— 250 кг обожженного гипса в час на 1 м3 объема печи. Производство гипсовых вяжущих во вращающихся печах позволяет выпускать более дешевый гипс при меньших капитальных затратах. Полученный гипс имеет более высокие прочностные показатели, чем при использовании варочных котлов. Он отличается пониженной водопотребностью (48—57%), что позволяет на 20—25 % снизить его расход при приготовлении растворов и бетонов. Непрерывно действующие вращающиеся печи обеспечивают компактность технологической схемы, позволяют автоматизировать процесс. Однако их недостатком являются трудность регулирования процесса, необходимость обеспечения стабильности технологических параметров, а также повышенный пылеунос.

    Двухступенчатая тепловая обработка (сушка и варка) усложняет производственный процесс. Хотя при сушке гипсовый камень частично дегидратируется, содержание гидратной воды в сырье остается высоким, и для перевода в полугидрат его необходимо доваривать в варочном котле.

    В последние годы получил распространение совмещенный помол и обжиг гипсовых вяжущих, когда тепловая обработка происходит в самом помольном агрегате в результате интенсивного теплообмена между горячими газами и измельчаемым материалом. У мельницы дополнительно сооружается предтопок, в котором сжигается топливо и в мельницу поступают газы с температурой 700—800°С. Расход условного топлива при этом составляет 40—50 кг на 1 т вяжущего. Мельницы снабжают сепараторами проходного тина, после которых измельченный и дегидратированный продукт поступает в пылеуловители.

    Схемы производства при совмещенном помоле и обжиге отличаются главным образом используемым типом мельниц (шахтные, шаровые, аэробильные), а также тем, что в одних случаях мельницы работают с однократным использованием теплоносителя, а в других— с возвратом в мельницу части газов после пылеочистки. Применение рециркуляции газов повышает расход электроэнергии, но снижает расход топлива. Один из вариантов производства гипсовых вяжущих при совмещении их помола и обжига представлен на рисунке.

    Гипсовый камень проходит две стадии дробления в щековой и молотковой дробилке и в виде частиц размером 10—15 мм поступает в шаровую мельницу, куда также подаются дымовые газы из предтопка. Дегидратированный в процессе измельчения материал выносится газовым потоком в сепаратор, где из него отделяются крупные частицы, и возвращаются в мельницу. Тонкие фракции гипса улавливаются в пылеосадителях, после чего очищенные газы выбрасываются и атмосферу. Производственный цикл при получении гипсовых вяжущих в мельницах совмещенного помола и обжига — самый короткий, и число агрегатов — минимальное. Достоинство таких установок— их компактность и высокая производительность. Однако вследствие кратковременности воздействия газов наиболее крупные частицы не успевают полностью дегидратироваться, а часть мелких частиц пережигается, в результате полученное вяжущее быстро схватывается и имеет пониженную прочность.

    Получение гипсовых вяжущих α-модификации в среде, насыщенной паром. Тепловая обработка гипсового камня в варочных котлах, вращающихся печах и мельницах происходит при атмосферном давлении; кристаллизационная вода удаляется из гипсового камня в виде пара и в результате продукт тепловой обработки состоит в основном из -CaSO40,5H2O. Для получения гипса повышенной прочности, состоящего в основном из α-полугидрата, необходимо создать такие условия, чтобы кристаллизационная вода удалялась из двуводного гипса в капельно-жидком состоянии. Известны два основных способа получения гипса повышенной прочности:

    1) автоклавный, основанный на обезвоживании гипсового камня в герметических аппаратах в среде насыщенного пара под давлением выше атмосферного;

    2) тепловая обработка в жидких средах, т. е. обезвоживание гипса кипячением в водных растворах некоторых солей.

    Автоклавный способ получения гипсовых вяжущих может быть реализован в различных аппаратах. Запарочный аппарат представляет собой герметичный вертикальный металлический резервуар с люками и затворами для загрузки и выгрузки материала. В нижней части аппарата имеется обезвоживающее сито, через которое стекает конденсат, а при продувании отводятся топочные газы. Пар подается в аппарат сверху в перфорированную трубу, размещенную в центре. Запарник загружают гипсовым камнем размером 15—40 мм и обрабатывают его насыщенным паром под давлением 0,23 МП а при 114°С в течение 5—8 ч. Затем в том же аппарате материал сушат газами с температурой 120—160°С в течение 3—5 ч. Высушенный материал размалывают. Недостатки этого способа: неравномерность сушки, высокий расход топлива и энергии.

    Получило распространение также производство высокопрочных гипсовых вяжущих способом «самозапаривания», при котором избыточное давление создается за счет испарения из гипсового камня части гидратной воды. Дробленый гипсовый камень загружают в герметически закрываемый вращающийся «самозапарник», куда подают топочные газы с температурой около 600°С. Проходя по находящимся внутри аппарата трубам, эти газы нагревают материал. В результате двуводный гипс разлагается, и выделяющаяся вода создает в аппарате избыточное давление. Дегидратация гипса протекает в паровой среде под давлением 0,23 МПа в течение 5—5,5 ч. Излишки пара периодически сбрасываются. После запаривания материал в этом же. аппарате сушат, снижая для этого давление до 0,13 МПа в течение 1,5 ч, а затем до атмосферного. Общая продолжительность цикла 12—14 ч. Полученный продукт измельчают в мельницах.

    Известно производство гипса повышенной прочности запариванием в автоклаве гипсового камня размером 300—400 мм (70 % общего количества камня) и 100— 250 мм (остальные 30%). Запаривание осуществляют в течение 6 ч, доводя давление пара в автоклаве до 0,6 МПа. По окончании запаривания давление пара в течение 1,5 ч снижают до атмосферного. Затем гипсовый камень подвергают сушке при закрытых крышках автоклавов 7 ч, при открытых крышках 10 ч и охлаждают 4 ч. Общий цикл запаривания и сушки гипсового камня составляет 28—30 ч. Выгруженный из автоклава продукт размалывают. Гипсовые вяжущие, получаемые в среде, насыщенной паром, отличаются большей мономинеральностью структуры, более крупной и правильной кристаллизацией, меньшей водопотребностью и повышенной прочностью. Поэтому в практике их называют высокопрочным гипсом.

    Получение гипсовых вяжущих варкой в жидких средах. Относительно низкая температура перехода двуводного гипса в полуводный дает возможность получить высокопрочные гипсовые вяжущие тепловой обработкой порошка двугидрата в открытых емкостях в растворах некоторых солей, поскольку температура кипения растворов при атмосферном давлении выше температуры дегидратации гипса. В жидкой среде происходит интенсивная передача теплоты от солевого раствора к частицам гипса, что ускоряет химические реакции. Получаемый продукт однороден по составу и состоит преимущественно из α-полугидрата. В качестве жидких сред применяют водные растворы солей СаС12, MgCl2, MgSO4, Na23, NaCl и др. Продолжительность варки в зависимости от вида раствора и его концентрации составляет 45—90 мин. Полученный таким образом полуводный гипс отцеживают или отделяют от жидкой среды центрифугированием, промывают до полного удаления солей и сушат при 70—80 °С, затем материал размалывают в порошок.

    Возможно также получение гипсового вяжущего повышенной прочности кипячением молотого гипсового камня в воде с добавкой 1,5—3 % поверхностно-активных веществ (сульфитно-дрожжевой бражки, асидола, мылонафта). Температура кипения такого раствора 128—132 °С, время варки 70—90 мин.

    Варка в жидких средах позволяет получить продукт высокого качества и сократить длительность производственного цикла, однако необходимость отделения гипса от солевого раствора и дополнительная операция сушки усложняют технологический процесс.

    Производство гипсовых вяжущих из отходов химической промышленности. Рост объемов гипсосодержащих отходов химической промышленности повышает актуальность их переработки в гипсовые вяжущие. Наиболее крупнотоннажный вид отходов — фосфогипс. Переработка его на гипсовые вяжущие усложняется наличием в нем до 5—7 % примесей фосфора, фтора, кремния и долей процента редкоземельных элементов, главным образом лантанидов, а также повышенной влажностью. Наиболее отрицательно влияют фосфаты, соединения фтора и редкоземельных элементов. Они или входят в кристаллическую решетку полугидрата, или образуют на поверхности его кристаллов труднорастворимые пленки, тормозящие гидратацию вяжущего. Поэтому гипсовое вяжущее высокого качества -модификации может быть получено из фосфогипса только после многократной предварительной отмывки водорастворимых и нейтрализации остальных примесей.

    Если фосфогипс содержит более 0,5 % водорастворимого Р2О5, то предварительная промывка необходима и при переработке его в α-модификацию полугидрата. Если же содержание примесей меньше, то пульпа с соотношением жидкое : твердое 1 подается в автоклав, где производится гидротермальная обработка при температуре 150—175°С и давлении 0,4—0,7 МПа. Дегидратация фосфогипса и последующая кристаллизация α-полугидрата сопровождаются удалением из продукта примесей, входящих в кристаллическую решетку CaSO4-2H2O. После гидротермальной обработки твердая фаза α-полугидрата отделяется на вакуум-фильтре. Корж с влажностью около 10 % сушится в сушильном барабане и размалывается в мельнице. Разработана также непрерывная технология гидротермальной переработки фосфогипса в высокопрочное гипсовое вяжущее или супергипс (α-полугидрат) (рисунок), при которой вредные примеси во время перекристаллизации гипса связываются дополнительными компонентами, вводимыми в технологический процесс, а размеры кристаллов полугидрата регулируются органическими и неорганическими добавками.

    Фосфогипс подается в репульпатор, где смешивается с водой и добавкой регулятора кристаллизации до соотношения Ж:Т = 1 с учетом влажности фосфогипса. Пульпа перекачивается насосом в расходную емкость, где нагревается до 60—70 °С. Отдельно готовят комбинированную добавку, смешивая в специальной емкости с пропеллерной мешалкой портландцемент и активную минеральную добавку с водой до соотношения Ж:Т = 4—5:1. Комбинированная добавка и пульпа фосфогипса насосом одновременно накачиваются в автоклав, где происходит гидротермальная обработка в течение 35—45 мин при давлении 0,4—0,7 МПа и температуре 150—175°С. В процессе ее суспензия непрерывно перемешивается мешалкой. Из автоклава водно-полугидратная пульпа подается в холодильник, а после охлаждения до 98—100°С — на вакуум-фильтр. Из пульпы отжимается вода, и остается лепешка влажностью 10—15%. Она поступает в сушильный барабан, где сушится топливными газами при температуре 400— 500 °С. Материал собирается в бункере, из которого потом направляется в шаровую или вибрационную мельницу.

    характеристика, свойства, производство и применение

    Домашний уют 1 марта 2017

    Строительные и другие материалы из гипса используются в различных отраслях народного хозяйства. Ими уже давно никого не удивишь. Но мало кто задумывается о том, что на самом деле представляет собой гипсовое вяжущее, что служит для него сырьем и как оно получается. А ведь для производства всех строительных материалов (штукатурок, кладочных растворов, штукатурных листов) и других деталей необходимо сначала подготовить сырье. Ведь характеристики готового материала в большой степени зависят от качества используемого сырья.

    Понятие и состав

    Вяжущее из гипса представляет собой воздушный материал, который состоит по большей части из двуводного гипса. Состав гипса также дополняют природный ангидрид и отдельные отходы промышленности, в состав которых входит сернистый кальций.

    В эту же группу также входят комбинированные вещества. В их составе — полуводный гипс, известь, доменные шлаки, цемент.

    Сырьем для производства являются горные породы, содержащие сульфаты. ГОСТом определено, что для изготовления гипсового вяжущего может быть использован только гипсовый камень (соответствующий всем требованиям, которые предъявляются к нему ГОСТом 4013) или фосфогипс, также соответствующий требованиям нормативных документов.

    Характеристика гипсовых вяжущих

    Гипсовый раствор необходимо использовать до момента его полного затвердевания. Нельзя его размешивать после того, как процесс кристаллизации уже начался. Перемешивание вызывает разрушение образовавшихся связей между кристаллами каркаса. Из-за этого раствор теряет свои вяжущие способности.

    Изделия из гипса не являются водостойкими. Но производители материала нашли выход из этой ситуации. Ученые определили, что различные добавки гипсовых вяжущих позволяют увеличить этот показатель. Поэтому в состав материала добавляют различные вещества: известь, измельченный доменный шлак, карбамидные смолы, органические жидкости, в состав которых входит кремний.

    Использование гипсовых материалов не требует применения дополнительных наполнителей. Они не дают усадку, трещины на обрабатываемой поверхности не появятся. Гипсовые вяжущие, наоборот, увеличиваются в объеме после полного затвердевания. В некоторых ситуация добавляются деревянные опилки, костра, пемза, керамзит и другие материалы.

    Еще одна особенность – гипсовые материалы ускоряют процесс коррозии черных металлов (гвоздей, арматуры, проволоки и так далее). Этот процесс происходит еще быстрее во влажных условиях.

    Вяжущее из гипса быстро впитывает влагу и теряют свою активность. Поэтому при хранении и транспортировании необходимо соблюдать некоторые правила. Храниться материал может только в сухом месте. Даже при соблюдении этого правила, спустя три месяца хранения материал потеряет примерно тридцать процентов своей активности. Перевозят материал навалом или же запакованным в тару. При этом важно защитить его от мусора и влаги.

    Производство

    Для данного процесса необходимо выполнить следующие процессы:

    • дробление природного гипсового вещества;
    • сушка сырья;
    • воздействие температуры.

    Гипсовый камень подается в бункер, откуда он попадает в дробилку. Там происходит его измельчение на части, размер которых не превышает четырех сантиметров. После дробления материал по элеватору отправляется в расходный бункер. Оттуда равными частями он поступает в мельницу. Там он подсушивается и измельчается до меньшей фракции. Сушка на данном этапе необходима для ускорения и облегчения процесса дробления материала.

    В мельнице порошок разогревается до девяноста градусов. В таком состоянии он транспортируется в гипсоварочный котел. Именно там и происходит выделение воды из вещества в процессе обжига. Этот процесс начинается с невысоких температур (порядка восьмидесяти градусов). Но вода из материала лучше всего уходит при температурном диапазоне от ста десяти до ста восьмидесяти градусов.

    Весь процесс обработки температурой делится на два этапа. Сначала в течение трех часов материал выдерживают в варочном котле. Там удаляется вода, и двуводный гипс превращается в полуводный. Все это время гипс помешивается для однородности нагревания. По окончании указанного времени, вещество в разогретом состоянии отправляется в так называемый бункер томления. Он уже не подогревается. Но за счет высокой температуры самого вещества там продолжается процесс дегидратации. На это уходит еще примерно сорок минут. После этого вяжущие материалы считаются готовыми. И их отправляют на склад готовой продукции.

    Твердение материала

    Твердение гипсовых вяжущих происходит при смешивании порошка с водой. При этом образуется пластичная масса, которая в течение нескольких минут затвердевает. С химической точки зрения, происходит процесс, обратный тому, что происходил в процессе производства. Только происходит он гораздо быстрее. То есть полуводный гипс присоединяет воду, в результате чего образуется двуводное гипсовое вещество. Весь этот процесс можно разделить на три этапа.

    На первом этапе полуводное гипсовое вещество растворяется в воде с образованием насыщенного раствора двуводного гипса. Двугидрат обладает высоким показателем растворимости. За счет этого очень быстро происходит процесс перенасыщения раствора. Как результат – выпадение осадка, которым является двугидрат. Эти выпавшие частицы склеиваются между собой, тем самым начиная процесс схватывания.

    Следующий этап – кристаллизация. Отдельные кристаллы вещества по мере роста начинают соединяться и образуют прочный каркас. По мере высушивания (удаления влаги) связи между кристаллами становятся прочнее.

    Изменение скорости схватывания

    Процесс схватывания можно ускорять или, наоборот, замедлять по необходимости. Делают это с помощью добавок, которые вводят в гипсовые вяжущие.

    Виды добавок, которые ускоряют процесс схватывания:

    • вещества, которые увеличивают растворимость полугидрата: сульфат натрия или калия, поваренная соль и прочие;
    • вещества, которые в реакции будут являться центром кристаллизации: соли фосфорной кислоты, измельченный природный гипс и так далее.

    Чаще всего используют измельченный гипсовый камень. Его частицы служат центрами кристаллизации, вокруг которых будет расти в дальнейшем кристалл. Большей эффективностью характеризуется «вторичный» гипс. Под ним понимают гипс, который уже проходит этап схватывания и твердения сернистого кальция. К такому виду можно отнести разбитые и измельченные изделия.

    Замедляют процесс схватывания следующие вещества:

    • увеличивающие пластичность теста: раствор столярного клея в воде, хвойный настой, известково-клеевая эмульсия, ЛСТ и так далее;
    • росту кристаллов препятствует пленка, которая образуется на зернах полуводного гипса под воздействием таких веществ, как: бура, аммиак, кератиновый замедлитель, фосфаты и бораты щелочных металлов, лиловый спирт и другие.

    Стоит отметить, что введение ускоряющих процесс добавок отрицательно сказывается на прочности гипса. Поэтому их использовать необходимо с осторожностью и добавлять в небольших количествах.

    Время схватывания (твердения) во многом зависит от качества исходного сырья, времени и условий хранения, температуры, при которой происходит процесс соединения материала с водой, и даже времени перемешивания раствора.

    Слишком короткое время схватывания обычно связывают с наличием в материале частиц двугидрата, которые остались там после обжига. Время схватывания также увеличится, если гипсовое вещество будет разогрето примерно до сорока пяти градусов. Если температуру материала увеличить еще сильнее, то процесс, наоборот, замедлится. Длительное перемешивание гипсовой смеси приведет к ускорению процесса схватывания.

    Отличия теории и практики

    Особенностью процесса твердения является то, что гипс, в отличие от других вяжущих, при затвердевании увеличивается в объеме (до одного процента). За счет этого для гидратации полуводного вещества необходимо примерно в четыре раза больше воды, чем должно быть в теории. В теории воды требуется примерно 18,6% от массы материала. На практике воду берут для получения раствора нормальной густоты в количестве до семидесяти процентов. Для определения водопотребности материала определяют объем воды в процентах от массы самого материала, который необходимо добавить для получения раствора нормальной густоты (диаметр лепешки 180+5 миллиметров).

    Еще одно отличие практики заключается в том, что при удалении лишней воды во время сушки в материале образуются поры. За счет этого гипсовый камень теряет свою прочность. Устраняют этот момент дополнительной сушкой. Изделия из гипса высушивают при температуре, не превышающей семидесяти градусов. Если еще больше увеличить температуру, начнется реакция дегидратации вещества.

    Влияние температуры на получаемое вещество

    Для получения гипсового вяжущего гипсовый камень подвергают высоким температурам. В зависимости от значения этой температуры, гипсовое вещество может быть двух видов:

    • Низкообжиговые, для производства которых обработка сырья происходит под воздействием температуры от ста двадцати до ста восьмидесяти градусов. Сырьем в данном случае чаще всего является полуводный гипс. Основным отличием данного материала является высокая скорость затвердевания.
    • Высокообжиговые (ангидритовые), которые образуются в результате действия высокой температуры (свыше двухсот градусов). Затвердевает такой материал дольше. На схватывание также необходимо больше времени.

    Каждая из этих групп, в свою очередь, имеет несколько различных материалов, входящих в нее.

    Виды низкообжиговых вяжущих

    Гипсовое вяжущее данной категории включает в себя следующие материалы:

    • Строительный гипс. Для его изготовления необходимо правильно отобрать сырье. Производство гипса для проведения строительных работ допустимо с использованием в качестве сырья вяжущего марки от пятой и выше, остаток которого на сите составляет не более двенадцати процентов. Для изготовления строительных изделий подходит вяжущее, относящееся к марке от второй до седьмой, независимо от времени схватывания и степени измельчения. Декоративные элементы изготавливаются из материалов тех же видов. За исключением веществ грубого помола и медленно схватывающихся. Гипсовые штукатурные смеси изготавливаются из веществ 2-25 марки, кроме вяжущего с грубым помолом и быстротвердеющего.
    • Высокопрочный гипс может характеризоваться одной из нескольких марок (с индексами от 200 до 500). Прочность данного материала составляет порядка 15-25 МПа, что значительно выше, чем у других видов.
    • Формовочный гипс отличается высокой степенью водопотребности и высокой прочностью в затвердевшем состоянии. Из него получают изделия из гипса: керамические формы, фарфоро-фаянсовые элементы и так далее.

    Ангидритовые материалы

    Данный вид, в свою очередь, образует два вещества:

    • ангидритовый цемент, получающийся при обработке температурой до семисот градусов;
    • эстрих-гипс, образующийся под влиянием на сульфат кальция температуры свыше 900 градусов.

    Состав гипса ангидритового включает: от двух до пяти процентов извести, смесь сульфата с купоросом (медным или железным) до одного процента, от трех до восьми процентов доломита, от десяти до пятнадцати процентов доменного шлака.

    Ангидритовый цемент отличается медленным схватыванием (от тридцати минут до суток). В зависимости от прочности его делят на следующие марки: М50, М100, М 150, М200. Цемент данного вида широко используется при строительстве. Его используют для:

    • изготовления клеевого, штукатурного или кладочного раствора;
    • изготовления бетона;
    • производства декоративных элементов;
    • изготовления теплоизоляционных материалов.

    Эстрих-гипс обладает следующими характеристиками:

    1. Медленным схватыванием.
    2. Прочностью до двадцати мегапаскаль.
    3. Низкой теплопрводностью.
    4. Хорошей звукоизоляцией.
    5. Устойчивостью к воздействию влаги.
    6. Морозоустойчивостью.
    7. Небольшой степенью деформации.

    Это основные, но далеко не все достоинства, которыми обладает эстрих-гипс. Применение его основано на этих показателях. Он используется для штукатурки стен, производства искусственного мрамора, при возведении мозаичного пола и так далее.

    Деление вяжущего на виды

    Свойства гипсовых вяжущих позволяют разделить их на несколько различных групп. Для этого используют несколько классификаций.

    По времени схватывания выделяют следующие группы:

    • Группа «А». В нее входят вяжущие, которые быстро схватываются. На это уходит от двух до пятнадцати минут.
    • Группа «Б». Вяжущие материалы данной группы схватываются за время от шести до тридцати минут. Их называют нормально схватывающимися веществами.
    • Группа «В», к которой относятся медленно схватывающиеся вяжущие. На схватывание необходимо более двадцати минут. Верхняя граница не нормируется.

    Тонкость помола определяется по оставшимся на сите частицам. Связано это с тем, что на сите с размером ячейки 0,2 миллиметра всегда остаются гипсовые вяжущие. ГОСТ указывает на следующие группы:

    • Грубый помол или первая группа указывает на то, что на сите остается до двадцати трех процентов материала.
    • Средний помол (вторая группа), если на сите осталось не более четырнадцати процентов вяжущего.
    • Тонкий помол (третья группа) говорит о том, что остаток вещества на сите не превышает двух процентов.

    Материал испытывают на прочность при изгибе и сжатии. Для этого из гипсового раствора готовят бруски с размером 40 х 40 х 160 миллиметров. Спустя два часа после изготовления, когда процессы кристаллизации и гидратации завершаются, начинают испытания. Гипсовые вяжущие (ГОСТ 125-79) по прочности делятся на двенадцать марок. Они имеют индексы от двух до двадцати пяти. Значение предела прочности в зависимости от марок собраны в специальные таблицы. Ее можно увидеть даже в самом ГОСТе.

    Основные параметры и виды материала можно узнать по его маркировке. Выглядит она примерно так: Г-6-А-11. Эта надпись будет означать следующее:

    • Г- гипсовое вяжущее вещество.
    • 6 – марка материала (означает, что прочность составляет более шести мегапаскаль).
    • А – определяет вид по времени схватывания (то есть быстротвердеющее).
    • 11 – указывает на степень помола (в данном случае средний).

    Область применения гипсовых веществ

    Технология гипсовых вяжущих позволяет получить материалы, пригодные к использованию в различных сферах. Наиболее широко гипс используется в строительстве. Масштабы его применения можно сравнить с использованием цемента. Гипсовое вяжущее обладает некоторыми преимуществами перед тем же цементом. К примеру, на его производство уходит меньше топлива почти в четыре раза. Он гигиеничен, устойчив к огню, обладает пористостью в пределах от тридцати до шестидесяти процентов, небольшой плотностью (до полутора тысяч килограмм на один кубический метр). Эти характеристики и обусловили область применения материала.

    Для штукатурных работ широко используется именно гипс. Применение его не зависит от марок материала. Используется вяжущее с тонким и средним помолом частиц, нормально и медленно схватывающееся. Гипс добавляется в штукатурку из известняка и песка. За счет этого улучшается прочность раствора после высыхания. А слой штукатурки на поверхности становится гладким и светлым, подходящим для дальнейшей финишной отделки.

    Гипсовые вещества, относящиеся к маркам от Г-2 до Г-7, используются для изготовления перегородочных панелей, листов так называемой сухой штукатурки и других гипсобетонных изделий. Их добавляют в растворы для получения составов для внутренних работ.

    Керамические, фарфоровые и фаянсовые изделия и детали изготавливаются с добавлением вяжущего из гипса, относящегося к маркам от Г-5 до Г-25. Вяжущее должно относиться к категории нормально схватывающихся и тонкомолотых веществ.

    Гипсовое вяжущее используется для приготовления раствора, который используется при конопатке окон, дверей, перегородок. С этой целью подходят более низкие марки материала.

    Как видно, характеристики гипсового вяжущего позволяют использовать материал с различными целями и в различных сферах деятельности. Это прочный, морозоустойчивый, гигиеничный, экологичный, огнеупорный материал. Его качественные характеристики определяются принадлежностью к определенной группе материалов по тому или иному признаку.


    Источник: fb.ru

    Гипсовые вяжущие материалы — это… Что такое Гипсовые вяжущие материалы?

            воздушные Вяжущие материалы, получаемые на основе полуводного сульфата кальция либо безводного сульфата кальция (ангидритовые вяжущие). По условиям термической обработки, а также по скорости схватывания и твердения Г. в. м. делятся на 2 группы: низкообжиговые (быстросхватывающиеся и быстротвердеющие) — строительный и формовочный гипс, высокопрочный гипс, гипсоцементнопуццолановые вяжущие; высокообжиговые (медленно схватывающиеся и медленно твердеющие) — ангидритовый цемент, высокообжиговый гипс (эстрих-гипс).          Строительный гипс получают термической обработкой в варочных котлах, вращающихся печах (См. Вращающаяся печь) и др. технологических установках при температуре 140—190°С дроблёного или предварительно измельченного в порошок природного гипса (гипсового камня). Начало схватывания гипсового теста наступает через 4—15 мин после затворения водой. Предел прочности строительного гипса при сжатии достигает 10 Мн/м2 (100 кгс/см2). Строительный гипс применяется для производства гипсовых изделий (главным образом для внутренней частей зданий), а также для штукатурных и кладочных работ.

             Формовочный гипс и высокопрочный гипс получают в основном теми же способами, что и строительный гипс, но из более чистого сырья; они отличаются повышенной прочностью, используются для изготовления различных форм и моделей в керамической и некоторых др. отраслях промышленности, а также для производства отделочных материалов и архитектурных деталей.

             Гипсоцементнопуццолановые вяжущие (ГЦПВ), предложенные советским учёным А. В. Волженским (См. Волженский), получают смешиванием строительного гипса и др. видов гипсовых вяжущих с Портландцементом (или пуццолановым портландцементом) и кислой гидравлической добавкой (трепел, диатомит, вулканический пепел, трасс, туф, золы от сжигания бурых углей и др.). Эти смешанные вяжущие материалы отличаются от чистых Г. в. м. способностью к гидравлическому твердению и повышенной водостойкостью. Изделия из них имеют значительно меньшие пластические деформации, чем изготовленные из строительного гипса и др. гипсовых вяжущих. ГЦПВ обычно содержат 50—75% гипса, 15—25% пуццолановой добавки (с активностью по поглощению окиси кальция более 200—250 мг/г). Соотношение между портландцементом и пуццолановой добавкой, от которого зависит долговечность изделий, определяется по специальной методике.

             Ангидритовый цемент изготовляют обжигом природного гипса при температуре 600—700°С с последующим его измельчением совместно с добавками-катализаторами твердения (известь, бисульфат или сульфат натрия с железным или медным купоросом и пр.). Он используется для приготовления строительных растворов, бетонов, искусственного мрамора, декоративных изделий.

             Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс) получают обжигом природного гипса при температуре 800—1000°С с последующим тонким измельчением; применяется в тех же случаях, что и ангидритовый цемент. Изделия из эстрих-гипса, по сравнению с изделиями из строительного гипса, обладают более высокой водостойкостью и меньшей склонностью к пластическим деформациям.

             Лит.: Будников П. П., Гипс, его исследование и применение, 3 изд., М. — Л., 1943; Волженский А. В., Роговой М. И., Стамбулко В. И., Гипсоцементные и гипсошлаковые вяжущие материалы и изделия, М., 1960; Волженский А. В., Буров Ю. С., Колокольников В. С., Минеральные вяжущие вещества (технология и свойства). М., 1966.

             Г. С. Коган.

    About Author


    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *