ПРОИЗВОДСТВО ГИПСА

ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Среди эффективных строительных материалов гипсовые занимают особое место. Они характеризуются быстрым и безусадочным твердением, биологиче­ской стойкостью, низкой теплопроводностью, небольшой плотностью, высо­кой огнестойкостью, химической нейтральностью, а также высокими архитек­турными, декоративными и гигиеническими качествами [4, 10, 20, 21, 25, 28,29,82, 106, 109].

По своим экономическим показателям гипсовые изделия во многих слу­чаях превосходят изделия, изготовленные на основе цемента. Для производ­ства 1 т гипсового вяжущего требуется в 4,5 раза меньше топлива, чем для производства 1 т цемента, удельные капитальные вложения в производство гипсовых вяжущих вдвое ниже, металлоемкость оборудования гипсовых заводов в 3 раза меньше, чем цементных. Гипсовые стеновые ограждающие конструкции на 10...50 % дешевле аналогичных из кирпича и керамзитобетоне, в 2...3 раза менее энергоемки, причем полная трудоемкость устройства даже стен из мелких гипсобетонных блоков ниже, чем из других материалов [7, 12, 22, 23,33,34].

Помимо запасов природного гипсового камня, в стране для получения гипсовых вяжущих имеется огромный потенциальный источник вторичного гипсового сырья — фосфогипса, борогипса, фторангидрита, цитрогипса, сульфогипса и других гипсосодержащих отходов различных отраслей про­мышленности, топливной энергетики и других областей народного хозяйства [22, 26,65,66, 68].

По данным Минудобрений СССР в 1985 г. было получено 19,4 млн т фосфогипса (в том числе 2,5 млн т полугидрата) , 16,6 млн. т которых сброше­но в отвалы. К началу 1986 г. в отвалах скопилось уже около 158 млн т фос­фогипса, а к 2000 г. объем его возрастет почти в 3 раза.

Транспортировка, складирование и хранение фосфогипса на химических заводах требуют оборудования специальных хранилищ, проведения мероприя­тий по обезвреживанию фосфогипса и защите окружающей среды, специальных транспортных средств. Затраты на содержание отвалов достигают 3,5...5,0 р. на 1 т фосфогипса. Для этих целей отводятся значительные земельные угодья, в том числе пахотные земли, лесные массивы [68]. Следует отметить, что в таких высокоразвитых капиталистических странах, как Япония, ФРГ.. США, гипсосодержащие отходы довольно широко используются для производства гипсовых вяжущих, извести, цемента и изделий на их основе [63], при этом Япония стоит на первом месте в мире по потреблению фосфогипса, далее сле­дует ФРГ (около 20 % утилизируемого сульфогипса) и США (около 2 %).

В последнее время в производстве гипсовых материалов наметился ряд новых направлений, из которых наиболее перспективным представляется использование технологии их прессования.

Впервые возможность использования давления для формования изделий на основе гипсового вяжущего была указана в работах, выполненных в сере­дине 50-х гг. [125, 126], Технология прессования жестких гипсовых смесей! запатентована в 1972 г. в США [149], обширные исследования закономер­ностей прессования изделий из таких смесей отражены в работах [65, 66]. Основы экструзионного прессования гипсоволокнистых масс разработаны во ВНИИстроме имени П. П.Будникова [24],

Возможность использования прессования для формования изделий на ос­нове измельченного двуводного гипса показана в выполненных в развитие исследований [4, 27] работах [36, 37, 1123, а применительно к фосфогипсу — [103,104].

Приоритетные вопросы автоклавной обработки отформованных изделий из сыромолотого гипса рассмотрены в [35, 43, 124]. Технология прессования предварительно дегидратированного молотого природного гипса (фосфогип - са), разработанная в МИСИ имени В. В.Куйбышева, испытана на Хорошев­ском заводе ЖБИ Главмосстроя [38, 129].

В ГИСИ имрни В. П.Чкалова и во ВНИИстроме предложен метод упрочне­ния природного гипсового камня [72, 31] по схеме: полная или поверхност­ная дегидратация материала в открытом объеме — регидратация в закрытом объеме. Этот метод сопоставим с методом упрочнения материалов с использо­ванием внешнего давления, так как при гидратации гипса в "стесненных" ус­ловиях в объеме материала возникают значительные внутренние напряжения, воспринимаемые кристаллизационной структурой полугидратного гипсового камня, выполняющей роль пресс-формы.

В промышленности гипсовых строительных материалов прессование в ос­новном используется для формования и калибровки гипсобетонных прокат­ных панелей и гипсоволокнистых плит. Технология производства последних широко внедряется фирмами "Зимпелькампф"/'Кнауф","Штрайф", "Ригипс", "Бизон-верке" (ФРГ)[21].

В соответствии с перспективами развития строительной индустрии в нашей стране намечается значительное увеличение применения высокопрочных бе­тонов. При этом одной из важнейших проблем является изыскание возмож­ности их получения на основе широко распространенных низкомарочных вя­жущих веществ, в том числе гипсовых, обеспечивающих существенное улучше­ние прочностных характеристик материалов и изделий по сравнению с показа­телями материалов и изделий стандартного изготовления.

Известно, что теоретический предел прочности гипса на растяжение состав­ляет около 4000 МПа [3],сырьевых материалов для приготовления гипсового вяжущего — 30.,.70 МПа, а марка полученного в результате обжига гипсового вяжущего (Г-4—Г-7) в среднем на порядок ниже прочности сырьевых материа­лов. Таким образом, в самой технологии производства гипсовых строитель­ных материалов заложены значительные потенциальные возможности для улучшения их качества. И в научном плане, и в плане практического использо­вания результатов исследований, на наш взгляд, наибольший интерес пред­ставляет получение высокопрочных материалов на основе 0-полугидрата

сульфата кальция — мономинерального вяжущего вещества воздушного твердения, характеризующегося наиболее типичными и простыми процессами гидратации и структурообразования и фазовыми переходами по схеме: дегидратация

CaS04* 2Н20 +- CaS04-0,5H20 + 1,5Н20.

гидратация

Поэтому нами была предпринята попытка поиска новых способов получе­ния высокопрочных материалов на основе низкомарочного гипсового вяжу­щего, а также непосредственно из исходного гипсового сырья. В последнем случае исключается процесс производства вяжущего и представляется возмож­ным организовать технологический процесс по схеме: CaS04*2H20 (сырье) -*■ QaS04 • 2Н20 (изделие). Анализ литературный и патентных источников

[52] позволяет сделать предположение, что целесообразно обеспечивать вы­сокую прочность и низкую остаточную влажность получаемых материалов не­посредственно после прессования смесей. В этом случае при использовании гипсовых вяжущих процессы прессования необходимо вести на пластичных смесях с удалением из них избытка жидкой фазы до водосодержания, близ­кого к стехиометрическому. Для оводненных смесей на основе дигидрата сульфата кальция процессу прессования должна предшествовать активацион­ная обработка смесей или их компонентов, в случае использования сухого порошкообразного двуводного гипса процесс прессования желательно вести с одновременным нагревом материала. Во всех рассматриваемых случаях давление играет главенствующую роль в формировании высокопрочной кристаллической структуры гипсового камня. Изменяя интенсивность внеш­ней нагрузки, можно управлять процессами гидратации и структурообразова­ния систем на основе сульфата кальция.