Строительные материалы и изделия

Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовые вяжущие вещества делят на две группы: низкооб­жиговые и высокообжиговые.

• Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества получают при нагревании двухводного гипса CaS04-2H20 до температуры

150.. .160°С с частичной дегидратацией двуводного гипса и пере­водом его в полуводный гипс CaSO4-0,5H2O.

• Высокообжиговые (ангидритовые) вяжущие получают обжи­гом. двуводного гипса при более высокой температуре до 700... 1000°С с полной потерей химически связанной воды и образова­нием безводного сульфата кальция — ангидрита CaS04. К низко­обжиговым относится строительный, формовочный и высокопроч­ный гипс, а к высокообжиговым — ангидритовый цемент и эстрих-гипс.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих служат природ, ный гипсовый камень и природный ангидрид CaS04, а также от­ходы химической промышленности, содержащие двуводный ИЛИ безводный сернокислый кальций, например фосфогипс. Возможно применение гипсосодержащего природного сырья в виде сажи и глиногипса.

• Гипсовым вяжущим называют воздушное вяжущее вещество состоящее преимущественно из полуводного гипса и получаем путем тепловой обработки гипсового камня при температур

150.. .160°С. При этом двуводный гипс CaS04-2H20, содержа щийся в гипсовом камне, дегидратирует по уравнению

CaS04-2H20 = CaS04-0,5H20 + 1,5Н20

В этих условиях образуются мелкие кристаллы полуводного сернокислого кальция ^-модификации; такой гипс обладает повы­шенной водопотребностью (60...65% воды). Избыточная вода, т. е. сверхпотребная на гидратацию гипса (15%), испаряется, образуя поры, вследствие чего затвердевший гипс имеет высокую пористость (до 40%) и соответственно небольшую прочность.

Производство гипса складывается из дробления, помола и тепловой обработки (дегидратации) гипсового камня. Имеется 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. Последний способ получил название обжига гипса во взвешенном состоянии. Тепловую обработку гипсового камня производят в варочных котлах, сушильных барабанах, шахтных или других мельницах.

Наиболее распространена схема производства гипсового вя­жущего с применением варочных котлов (рис. 5.1). 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 в установку непрерывного действия. Последняя имеет в 2...3 раза выше производительность, но еще находится в стадии практического освоения.

Варочный котел периодического действия (рис. 5.2) представ­ляет собой обмурованный кирпичом стальной котел 4 со сфери­ческим днищем 1, обращенным выпуклой стороной внутрь ци­линдра. Для перемешивания гипса в котле имеется мешалка 2, приводимая в движение электродвигателем 3. Раскаленные то­почные газы обогревают днище и стенки котла, а также проходят через жаровые трубы 5 внутри котла и 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.

Гипсовое вяжущее в сушильных барабанах получают путем обжига гипсового камня в виде щебня размером до 20 мм.

/ — мостовой грейферный кран; 2 — бункер гипсового камня; 3 — лотковый питатель; 4 — щековая дробилка; 5 — ленточные транспортеры; 6—бункер гипсового щебня; 7 — тарельчатый питатель; 8—шахтная мельница; 9 — сдвоенный циклон; 10 — батарея циклонов; 11 — вентилятор; 12— рукавные фильтры; 13 — пылеосаднтельиая камера; 14 — шнеки; 15 — бункер сырого молотого гипса; 16 — камера томления; 17— гнпсо - вароч'ный котел; 18 — элеватор; 19 — буикер готового гнпса; 20 — скребковый транспор­тер

Обжиговой частью сушильного барабана служит наклонный стальной цилиндр диаметром до 2,5 м и длиной до 20 м, 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

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.

При затворении порошка гипса водой полуводный сернокис­лый кальций CaS04-О. БНгО, содержащийся в нем, начинает растворяться до образования насыщенного раствора и одновре­менно гидратироваться, присоединяя 1,5 молекулы воды и пере­ходя в двугидрат Са$04-2Нг0 по уравнению

CaS04 ■ 0,5Н2О -+-1,5Н20 = Са S04, 2Н20

Растворимость двугидрата примерно в 5 раз меньше раство­римости исходного порошка — полугидрата CaSO4-0,5H2O. В ре­зультате образовавшийся насыщенный раствор полугидрата ока­зывается пересыщенным по отношению 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 загустева - ние (схватывание) теста. Затем мельчайшие частицы гидрата начинают кристаллизоваться, определяя этим образование проч­ного гипсового камня. 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°С во избежание обратной дегидратации двуводного гипса.

Быстрое схватывание гипса затрудняет в ряде случаев его использование и вызывает необходимость применения замедли­телей схватывания (кератинового, известково-кератинового клея, сульфитно-дрожжевой бражки в количестве 0,1...0,3% от массы гипса). Замедлители схватывания уменьшают скорость растворе­ния полуводного гипса й 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.

Применяется гипсовое вяжущее для производства гипсовых и гипсобетонных строительных изделий для внутренних частей зданий (перегородочных плит, панелей, сухой штукатурки, при­готовления гипсовых и смешанных растворов, производства де­коративных и отделочных материалов, например искусственного мрамора), а также для производства гипсоцементно-пуццолано - вых вяжущих.

Ф Высокопрочный гипс является разновидностью полуводного гипса. Этот полуводный гипс a-модификации, который имеет бо­лее крупные кристаллы, обусловливающие меньшую водопотреб - ность гипса (40...45% воды), позволяет получать гипсовый ка­мень с большей плотностью и прочностью. Получают его путем нагревания природного гипса паром под давлением 0,2...0,3 МПа с последующей сушкой при температуре 160...180°С. Прочность его за 7 сут достигает 15...40 МПа. Высокопрочный гипс выпус­кают пока в небольшом количестве и применяют в основном в металлургической промышленности для изготовления форм. Од­нако он успешно может заменить обыкновенное гипсовое вяжу­щее, обеспечив изделиям высокую прочность.

• Формовочный гипс состоит в основном из кристаллов р-мо­дификации и незначительного количества примесей. Он обладает повышенной водопотребностью, а будучи затвердевшим, имеет высокую пористость. Это свойство формовочного гипса успешно используется в керамической и фарфорофаянсовой промышлен­ности для изготовления форм.