Характеристика сырьевых материалов

Для производства гипсовых вяжущих веществ в качестве сырья применяют природные двуводный гипс, глиногипс, а также отходы промышленности, состоящие в основном из двуводного или безводного (а иногда и полуводного) сернокислого кальция или их смеси (фосфогипс, борогипс, фторогипс и др.).

Природный двуводный гипс — горная порода осадочного происхождения, сложенная в основном из крупных или мелких кристаллов сернокислого кальция CaSO₄·2H₂O.

Плотные образования гипса называют гипсовым камнем. По внешнему виду и строению горной породы различают кристаллический прозрачный гипс, гипсовый шпат, тонковолокнистый гипс с шелковистым отливом (селенит) и зернистый гипс. Наиболее чистую разновидность зернистого гипса, напоминающую по внешнему виду мрамор, иногда называют алебастром.

Гипсовые породы содержат обычно некоторое количество примесей глины, песка, известняка, битуминозных веществ и др.

Чистый гипс белого цвета, примеси придают ему различные оттенки: оксиды железа окрашивают его в желтовато-бурые цвета, органические примеси —в серые и т.д. Небольшое количество примесей, равномерно распределенных в гипсе, заметно не ухудшает качество вяжущих. Вредное влияние оказывают крупные включения.

По ГОСТ 4013—82 гипсовый камень для производства гипсовых вяжущих веществ должен содержать не менее 95 % двуводного гипса в сырье 1-го сорта, не менее 90 % в сырье 2-го сорта и не менее 80 и 70 % в сырье 3-и 4-го сортов. В гипсовых породах лучших месторождений обычно содержится до 2—5% примесей, но часто их количество достигает 10—15 % и более.

Средняя плотность гипсового камня зависит от количества и вида примесей и составляет 2,2—2,4 г/см'3,

Насыпная плотность гипсовой щебенки 1200—-1400 кг/м3, влажность колеблется в значительных пределах (3—5 % и более). Содержание воды в различных партиях гипсового камня неодинаково и зависит от его физических свойств, относительной влажности воздуха, времени года и условий хранения.

Кроме двуводного гипса существует еще несколько модификаций водного и безводного сульфата кальция, которые получают, обезвоживая двугидрат при различных температурах.

Химически чистый двуводный гипс содержит СаО 32,56%, S0₃ 46,51 %, Н20 20,93%. Истинная плотность его колеблется от -2,2 до 2,4 г/см3. В воде при разных температурах растворяются следующие количества гипса (в пересчете на CaS0₄), %: при 0°С~-0,17; 18°С — 0,2; 40 °С —0,21; 100 °С — 0,17. Удельная теплоемкость при 22°С равна 1,07 кДж/(кг.°С).

Реакции дегидратации гипса с образованием различных модификаций (при условной температуре 25 0С)' протекают с поглощением теплоты:

CaS0₄-2H₂0 = CaSO₄-0,5H₂O(a) + 1,5Н₂0 (вода) — 17,2 или (пар) 83,17 кДж/мо.чь; 573 Дж/г полугидрата;

CaS0₄-2H₂0 = CaSO₄-0,5H₂O(|3) + 1,5Н20 (вода) - 19,3 или (пар) 85,27 кДж/моль; 588 Дж/r полугидрата;

CaS0₄-2H₂0=CaS0₄ (нерастворимый ангидрит) + 2Н₂0 (вода) — 16,9 или (пар) 105 кДж/моль; 771 Дж/г ангидрита.

fi-модификация полуводного гипса получается при обычном нагревании гипса до 100—160 °С в открытых аппаратах, сообщающихся с атмосферой, при удалении из него воды в виде перегретого пара. Истинная плотность а- и р-полугидратов равна соответственно 2,72— 12,75 и 2,62—2,66 г/см3.

Теоретически в полуводных модификациях сульфата кальция содержится 6,2 % гидратной воды, но в кристаллах а-модификации часто остается небольшое Количество (0,1—0,2%) воды (сверх установленного теоретически) в виде твердого раствора. Удаляют ее высушиванием при 50—60°С. Удельная теплоемкость а- и р-полугидратов соответственно 0,8 и 0,84 кДж/(кг-°С); а-полугидрат кристаллизуется в виде хорошо образованных крупных прозрачных игл или призм. Показатели его светопреломления: Ng—1,583 и д/р—1,559. (3-полугидрат состоит из мельчайших агрегатов плохо выраженных кристалликов, величина и форма которых зависят от условий тепловой обработки, макро- и микроструктуры исходного сырья, наличия примесей и т.п. Показатели его светопреломления: Ng = = 1,556 и N„= 1,550.

Различие же в скорости пх гидратации и в теплоте растворения объясняется неодинаковой степенью дисперсности кристаллов этих двух модификаций полугидрата.

В процессе затворения а-полугидрата водой благодаря пониженной дисперсности его кристаллов требуемую подвижность теста можно получить при меньшем расходе воды, чем при затворении р-полугидрата, отличающегося тонкокристаллической структурой и повышенной скоростью гидратации. В результате затвердевший гипс из а-полугидрата приобретает повышенную плотность и прочность по сравнению с |3-полугидратом. Прочность же затвердевшего гипса, полученного из а- или р-полу-гидрата при одинаковом водогипсовом отношении, примерно одинакова; а-полугидрат схватывается несколько медленнее р-полугидрата.

Гипсовое вягжущее -модификации полуводного гипса по традиции называют строительным гипсом. По ГОСТ 125—79 и ГОСТ 23789—79 он характеризуется по прочности при сжатии образцов марками от Г-2 до Г-16 (2— 16 МПа).

Как указывалось, при обжиге протекает эндотермическая реакция CaSO₄-2H₂O = CaSO₄-0,5H₂OH-l,5H₂O с поглощением 588 кДж теплоты на 1 кг полугидрата.

Двуводный гипс при переходе в полуводный теоретически теряет воду в количестве 15,76 % своей массы. Следовательно, теоретический коэффициент выхода полуводного гипса равен: 1 —(15,76)/100«0,842, а соответствующий коэффициент расхода двугидрата на единицу массы полугидрата составляет: 1:0,842=1,188.

В действительности при получении полуводного гипса и других гипсовых вяжущих из гипсового сырья, содержащего гигроскопическую влагу и часто характеризующегося пониженным по сравнению с теоретическим содержанием гидратной (кристаллизационной) воды и наличием некоторых количеств примесей, практический коэффициент выхода 'продукта ВЩ) будет отличаться от теоретического.

Все определения свойств гипсовых вяжущих производятся по ГОСТ 23789—79.

Истинная плотность этих разновидностей колеблется в пределах 2,6—2,75 г/см3. Насыпная плотность в рыхлом состоянии обычно составляет 800—1100, в уплотненном—1250—1450 кг/м3.

По ГОСТ 125—79 дисперсность гипсовых вяжущих, зависящая от степени измельчения при помоле и влияющая на водопотребность материала, прочность и некоторые другие свойства, оценивается по остатку на сите с размерами ячеек, в свету 0,2 мм (в % по массе от просеиваемой пробы). При этом различают следующие виды: грубый помол (индекс I), остаток на сите не более 23%; средний помол (индекс II) — 14%; тонкий помол (индекс III) — 2 %.

Гипс с индексом III, а также гипс высшей категории качества должны характеризоваться по удельной поверхности порошка, устанавливаемой на приборе АДП-1 (ПСХ-2) в соответствии с ГОСТ 23789—79.

Водопотребность. Теоретически для гидратации полуводного гипса с образованием двуводного необходимо 18,6 % воды по массе вяжущего вещества. Практически же для получения теста стандартной консистенции по ГОСТ 23789—79 (нормальная густота) для (3-полугидра-та требуется 50—70 % воды, а для а-полугидрата — 35— 45 %• Стандартной консистенции соответствует расплыв массы до диаметра 180±5 мм.

Затвердевший гипс представляет собой твердое тело с высокой пористостью, достигающей 40—60 % и более. Естественно, что с увеличением количества воды затво-рения пористость гипсового изделия возрастает, а прочность уменьшается.

Водопотребность гипса увеличивается с повышением степени его измельчения. Вместе с тем измельчение его до удельной поверхности примерно 2500—3000 смгД даже при некотором увеличении водопотребности смеси приводит к повышению прочности гипсовых отливок, поэтому целесообразно измельчать гипс тоньше, чем это предусмотрено стандартом.

Водопотребность гипса значительно снижается при введении с водой затворения замедлителей схватывания (кератигювого, пзвестково-клеевого, замедлителя В. В. Помазкова, СДБ и ее концентратов, синтетических жирных кислот (СЖК), водорастворимого полимера (ВРП), буры и др.) в количестве до 0,1—0,3% массы вяжущего. С помощью этих веществ удается снизить нормальную густоту строительного гипса на 10—15%, что способствует увеличению прочности гипсовых изделий.

Сроки схватывания гипса зависят от свойств сырья, технологии изготовления, длительности хранения, количества вводимой воды, температуры вяжущего вещества и воды, условий перемешивания, наличия добавок и др. Быстрее всех схватывается полуводный гипс, содержащий некоторое количество частичек неразложившегося двугидрата, являющихся центрами кристаллизации и вызывающих ускоренную гидратацию полуводного гипса. Схватывание гипса значительно ускоряется при за-творении его пониженным количеством воды по сравнению с тем, какое требуется для теста нормальной густоты, и наоборот.

Повышение температуры гипсового теста до 40—, 46 °С способствует ускорению его схватывания, а выше этого предела, наоборот, — замедлению. При температуре гипсовой массы 90—100°С схватывание и твердение прекращаются. Это объясняется тем, что при указанных и более высоких температурах растворимость полуводного гипса в воде становится меньше растворимости двугидрата. В результате прекращается переход полугидрата в двугидрат, а следовательно, и связанное с ним твердение. Схватывание замедляется, если гипс применяют в смеси с заполнителями — песком, шлаком, опилками и т. д.

Быстрое схватывание полуводного гипса является в большинстве случаев положительным его свойством, позволяющим быстро извлекать изделия из форм. Однако в ряде случаев быстрое схватывание нежелательно. Для регулирования сроков схватывания (ускорения и замедления) в гипс при затворении вводят различные добавки.

Поиск по сайту: