Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Существует значительное количество разнообразных вяжущих. Однако в строительстве применяется лишь часть их них. Их называют строительными вяжущими веществами.

Строительными минеральными вяжущими веществами называют порошковидные материалы, которые после смешивания с водой образуют массу, постепенно затвердевавшую и переходящую в камневидное состояние.

Строительные материалы делят на две группы: неорганические (минеральные), главнейшие из которых - портландцемент и его разновидности, известь гипс и другие, и органические, из которых больше всего используют продукты перегонки нефти и каменного угля (битумы, дегти), называемые черными вяжущими.

Строительные материалы сыграли большую роль в развитии культуры и техники. Без них невозможно было бы возведение зданий и сооружений. Одно из первых мест среди строительных материалов занимают вяжущие вещества, которые являются основой современного строительства.

Производство вяжущих веществ представляет собой комплекс химических и физико-механических воздействий на исходные материалы, осуществляемых в определенной последовательности.

Вяжущие вещества - основа современного строительства. Их широко применяют для изготовления штукатурных и кладочных растворов, а также разнообразных бетонов (тяжелых и легких). Из бетонов изготовляют все возможные строительные изделия и конструкции, в том числе армирование сталью (железобетонные, армосиликатные и др.) Из бетонов на вяжущих веществах возводят отдельные части зданий и целые сооружения (мосты, плотины и т.п.).

Примерно за 4-3 тыс. лет до н.э. появились вяжущие вещества, получаемые искусственно - путем обжига. Первым из них был - строительный гипс, получаемый обжигом гипсового камня при сравнительно невысокой температуре.

Гипсовые вяжущие -- большая группа воздушных вяжущих веществ, к которым относятся гипс, ангидритовое вяжущее, высокообжиговый гипс (эстрихгипс) и ангидритовый цемент. Гипсовые вяжущие вещества получают путем обжига и помола из осадочной горной породы, в состав которой входит двуводный гипс. Гипсовые вяжущие обладают способностью быстро схватываться и затвердевать.

В строительной практике очень часто гипс называют алебастром (от греч. alebastros -- «белый»). Гипс -- быстротвердеющее воздушное вяжущее, состоящее из полуводного сульфата кальция, получаемого низкотемпературной (< 200 °С) обработкой гипсового сырья.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ

ГИПСОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ -- вяжущие вещества, главным образом воздушные, состоящие из полуводного сульфата кальция -- полуводные гипсовые вяжущие, либо из безводного сульфата кальция -- ангидритовые вяжущие.

К полуводным гипсовым вяжущим материалам относятся: строительный гипс, формовочный гипс, высокопрочный гипс, гипсоцементнопуццолановое вяжущее. Ангидритовые гипсовые вяжущие материалы включают: ангидритовый цемент, отделочный ангидритовый цемент, эстрихгипс (высокообжиговый гипс).

Исходным сырьем для получения полуводных гипсовых вяжущих материалов служит природный гипсовый камень или некоторые отходы химической промышленности, состоящие в основном из двуводного сульфата кальция. Двуводный гипс при нагревании выше 65° начинает обезвоживаться (дегидратируется) и при 100--140° превращается в полуводный гипс, имеющий модификации.

Кристаллы этих модификаций существенно различаются между собой размерами, оптическими характеристиками и другими свойствами. При затворении водой полуводный гипс схватывается и затем твердеет, переходя в кристаллический двуводный гипс. Этот процесс связан с образованием пересыщенного (по отношению к двуводному гипсу) раствора, в результате чего последний выделяется в коллоидно-дисперсном состоянии, а затем кристаллизуется с образованием агрегатного сростка. Конечная прочность кристаллического сростка достигается после его высыхания. Гидратация полуводного гипса сопровождается выделением тепла и некоторым увеличением объема.

Строительный гипс получают путем термической обработки дробленого или предварительно размолотого гипсового камня при температуре 140--190° в различных обжигательных аппаратах -- варочных котлах, вращающихся печах, а также установках, позволяющих совмещать помол и обжиг. Сырье дробится в щековых или молотковых дробилках, помол производится в роликовых центробежных мельницах, шахтных и аэробильных мельницах.

Наиболее распространено производство гипса в варочных котлах -- аппаратах периодического действия, представляющих собой стальные цилиндры, обмурованные кирпичной кладкой. Гипсовый камень поступает в котел в размолотом состоянии. Внутри котла помещаются лопасти для перемешивания нагреваемого порошка. Емкость котлов от 2,5 до 15 м3, производительность до 7--8 т/час. Начинают применяться варочные котлы непрерывного действия производительностью до 15 т/час. Непрерывный процесс производства гипса может быть также организован во вращающихся печах, имеющих производительность до 12 т/час. Обжиг гипса происходит в этом случае при обогревании топочными газами наружной поверхности вращающегося барабана или путем пропуска газов через барабан, где они непосредственно соприкасаются с гипсом. Строительный гипс, состоящий в основном из полугидрата, имеет объемный вес в рыхлом состоянии 800--1100 кг/м3, в уплотненном состоянии 1250--1400 кг/м3.

Строительный гипс применяется для производства гипсовых изделий, которые изготовляются из гипсового теста или гипсовых растворов и бетонов. Растворы на основе строительного гипса используются также для штукатурных и кладочных работ.

Формовочный гипс получают в основном теми же способами, что и строительный, но из более чистого сырья. Формовочный гипс имеет более тонкий помол -- остаток на сите (918 отв/см2) составляет не более 2,5% по весу. Сроки схватывания примерно такие же, как и у строительного гипса. Предел прочности при растяжении образцов, высушенных до постоянного веса,-- не менее 25 кг/см2. Объемное расширение изделий при затвердевании ограничено 0,15%. Формовочный гипс применяется в виде теста для изготовления различных форм в керамической промышленности, а также для архитектурных деталей.

Высокопрочный (технический) гипс изготовляется путем обработки гипсового камня насыщенным паром под давлением более 1,3 ат в спец. замкнутых аппаратах (автоклавах, демпферах, самозапарниках) с последующей сушкой материала. Сроки схватывания высокопрочного гипса мало отличаются от тех же сроков строительного гипса.

Изделия на основе высокопрочного гипса отличаются повышенными пластическими деформациями при работе под нагрузкой, в особенности во влажных условиях.

Эстрихгипс (высокообжиговый гипс) получают путем обжига природного гипсового камня или природного ангидрита при температуре 900° и выше с помолом обожженного продукта в порошок. При этом кроме ангидрита, образуется свободная известь, которая и служит катализатором. Он медленно схватывается и твердеет: начало схватывания наступает не ранее 2 часов, конец схватывания -- через 6--10 часов. Эстрихгипс имеет предел прочности при сжатии через 28 дней твердения от 100 до 200 кг/см2. Удельный вес 2,8--3,0 г/см3, объемный вес в рыхлом состоянии 900--1200 кг/м3, а в уплотненном--1300--1700 кг/м3.

Эстрихгипс может применяться для изготовления кладочных и штукатурных растворов, а также бетонов в наземных сооружениях, для производства искусственного мрамора, подоконных досок и пр.

Производство гипса

Обжиг гипса во вращающихся печах

Вращающиеся печи, применяемые для обжига гипса, представляют собой наклонный металлический барабан, по которому медленно передвигается предварительно раздробленный гипсовый камень. Гипс обжигается топочными газами, образующимися при сжигании различных видов топлива (твердого, жидкого и газообразного) в топочных устройствах при печах.

Наибольшее распространение получили печи типа сушильных барабанов, в которых обогрев производится газами, проходящими внутри барабана. Могут применяться печи и с обогревом топочными газами наружной поверхности барабана, а также печи, в которых топочные газы сначала омываются барабан снаружи, а затем проходят через его внутреннюю полость. В печах с непосредственным обогревом материала между топкой и рабочей полостью барабана часто помещают смесительную камеру, в которой температура выходящих из топки газов понижается за счет смешения с холодным воздухом. Скорость движения газов в барабане составляет 1-2м/с, при большей скорости значительно увеличивается унос мелких частиц гипса. За барабаном устанавливаются обеспыливающие устройства и дымосос.

Ту часть барабана, в которой наиболее интенсивно протекает дегидратация, иногда расширяют, вследствие чего в этой зоне печи замедляется движение, как газового потока, так и материала, обладающего большой подвижностью, особенно в период «кипения». Для замедления диафрагмы в рабочей полости барабана укреплены приспособление для перемещения гипса в процессе обжига, что обеспечивает равномерную его дегидратацию. Перемещение устройства создаются также большую поверхность соприкосновения обжигаемого материала с горячим газовым потоком. Отсутствие перемешивающих устройств ухудшают условия дегидратации.

Обжиг гипс во вращающихся печах может производиться по методу прямотока и противотока. По первому методу гипсовый камень подвергают воздействию высоких температур в начале обжига, а по второму - в конце обжига. Температура входящих в печь газов при прямотоке 1223-1273К, а при противотоке-1023-1073К. температура выходящих из печи газов при прямотоке 443-493К, а при противотоке-373-383К. При прямоточном методе материал не пережигается, но повышается расход топлива, так как в зоне максимальных температур протекают лишь подготовительные процессы - подогрев и сушка материала, дегидратация же происходит в зоне более низких температур. Предпочтительнее применять вращающиеся печи, работающие по принципу противотока.

Выходящий из печи горячий материал целесообразно направлять в бункера томления или подвергать горячему помолу. Последний особенно эффективно улучшает свойства гипса, так как быстрее происходит выравнивание минерального состава конечного продукта за счет дегидратации оставшегося двугидрата и связывания освобождающейся воды растворимым ангидритом.

Для получения строительного гипса высоко качества во вращающихся барабанах следует обжигать дробленный гипсовый камень с однородным размером частиц. В противном случае происходит неравномерный обжиг материала: мелкие зерна пережигаются вплоть до образования нерастворимого ангидрита, а внутренняя часть крупных зерен остается в виде неразложившегося двугидрата. В практических условиях загружают в печь материал с размером зерен до 0,035м, а зерна размером менее 0,01м отсеивают. Пылевидные частицы образуются в печах вследствие истирания материала при движении в процессе дегидратации, особенно при обжиге более мягких пород гипсового камня. Эти частицы уносятся потоком газов и быстрее проходят через печь, однако часть из них успевает все же полностью дегидратироваться. Желательно обжигать раздельно фракции 0,01-0,2 и 0,02-0,035м. Отсеянную фракцию с размером зерен менее 0,01м можно использовать после дополнительного помола для производства строительного гипса и варочных котлах или для получения сыромолотого гипса, применяемого для гипсования солонцовых почв. Длина применяемых для обжига гипса вращающихся печей 8-14м, диаметр 1,6 и 2,2м; производительность их соответственно 5-15т/ч; угол наклона барабанов 3-50; число оборотов 2-5об/мин; расход условного топлива 45-60кг на 1т готового продукта.

Вращающиеся печи являются непрерывно действующими установками, обусловливающими компактную технологическую схему. Во вращающихся печах обжигается дробленый гипсовый камень более крупных размеров, чем в варочных котлах, где он хуже перемешивается. Тем не менее, во вращающихся печах при тщательной подготовке материала, правильно подобранных оптимальных условиях обжига и последующего помола обожженного продукта практически можно получить строительный гипс высокого качества.

На рис. 1 представлена технологическая схема производства строительного гипса с обжигом во вращающихся печах.

Рисунок 1. Схема производства строительного гипса с применением вращающихся печей: 1 - лотковый питатель; 2 - бункер гипсового камня; 3 - ленточный транспортер; 4 - молотковая дробилка; 5 - элеватор; 6 - шнек; 7 - бункер гипсового щебня; 8 - тарельчатый питатель; 9 - бункер угля; 10 - топка; 11 - вращающаяся печь; 12 - бункер обожженного щебня; 13 - пылеосадильное устройство; 14 - вентилятор; 15 - бункер строительного гипса; 16 - шаровая мельница

Совмещенный помол и обжиг гипса

Двойная термическая обработка (сушка и варка) даже при совмещении процесса сушки и помола усложняет производственный процесс. В мельнице наряду с помолом и сушкой гипс в некоторой степени дегидратируется. Однако содержание гидратной воды остается еще высоким, вследствие чего требуется доваривать гипс в варочном котле для полного превращения его в полугидрат. Известны схемы производства строительного гипса, при которых окончательная дегидратация гипса до полугидрата производится в самом помольном аппарате. В этом случае температура поступающих в мельницу дымовых газов должна быть более высокой 873-1073К, чем просто при совместной сушке и помоле. Температура же отходящих из установки газов 382-423К. расход условного топлива 40-50кг на 1т строительного гипса. Установки для обжига в процессе помола отличаются компактностью.

Технологические схемы производства при совмещенном помоле и обжиге отличаются друг от друга главным образом помольными аппаратами (шахтные, шаровые, аэробильные мельницы), а также тем, что в одних случаях мельницы работают с однократным использованием теплоносителя, а в других-с возвратом в мельницу части газов после пылеосадительных аппаратов. Применение рециркуляции газов повышает расход электроэнергии, но уменьшает расход топлива.

В установку по совмещенному помолу и обжигу (где обжиг, по существу, происходит во взвешенном состоянии) вследствие повышенной температуры и быстрого обжига наблюдается появление в тонких фракциях и поверхностных слоях крупных частиц растворимого ангидрита, а в центральных слоях этих частиц двуводный гипс остается недегидратированным. Конечный продукт быстро схватывается, в результате чего требуется вводить замедлители. Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служит природный ангидрит (СаSO4) в основном природный гипс (СаSО2*2Н2О), а также гипсосодержащие отходы химической промышленности.

Природный гипс (гипсовый камень) имеет осадочное происхождение. Состав химически чистого двуводного гипса: 32,56% СаО, 46,51% SO3 и 20,93% Н2О. Это минерал белого цвета, обычно содержащий некоторое количество примесей глины, известняка. Двуводный гипс является мягким минералом. Плотность составляет 2200-2400кг/м3.

Примеси известняка являются балластом в производстве строительного гипса, так как последний обжигается при температуре ниже температуры диссоциации углекислого кальция. Влажность гипсового камня составляет 3-5% и более.

Природный ангидрит - горная порода осадочного происхождения, состоящая из СаSО4. Под действием грунтовых пород вод ангидрит медленно гидратируется и переходит в двуводный гипс, поэтому обычно содержит 5-10% и более двуводного гипса.

Ангидрит порода более плотная и прочная, чем двуводный гипс. Его истинная плотность 2,9-3,1г/см3. Чистый ангидрит белого цвета, но в зависимости от содержания в ней примесей имеет различные оттенки.

Отходы химических производств - это дополнительный источник сырья для производства гипсовых вяжущих и рационально используют в качестве побочных продуктов химической промышленности - фосфогипса, борогипса, фторогипса и др.

Обработка и марки (типы) гипсовых вяжущих

В зависимости от температуры тепловой обработки сырья выделяют две группы гипсовых вяжущих - низкообжиговые (формовочный строительный и высокопрочный гипс) и высокообжиговые (ангидритовый цемент, экстрих гипс).

По прочности на сжатие различают 12 марок гипсовых вяжущих - от низкопрочного Г-2 до высокопрочного Г-25.

По срокам схватывания гипс делят на три группы:

«А» -- быстротвердеющий (2--15 мин);

«Б» -- нормально твердеющий (6-30 мин);

«В» -- медленнотвердеющий (начало -- не ранее 20 мин, конец не нормируется).

Обычно на заводской упаковке указан промежуток времени, за который эти процессы происходят. При необходимости замедления отвердевания в смесь можно ввести столярный клей, сульфитно-спиртовую барду, кератиновый замедлитель, борную кислоту, буру, полимерные суспензии (например, ПВА). Наиболее часто для бытовых отделочных работ используется клей ПВА. Гипсовое вяжущее -- одно из немногих веществ, расширяющихся в объеме при твердении на 0,2%, что позволяет применять его без наполнителей, не боясь растрескивания от усадки.

По степени помола гипсовые вяжущие также различаются на три группы: I, II, III.

Марки от Г-2 до Г-7 (группы А, Б, В и I, II, III) применяют для изготовления разнообразных гипсовых строительных изделий. Марки Г-2 до Г-7 (группы А, Б и II, III) применяют для изготовления тонкостенных строительных изделий и декоративных деталей. Марки от Г-2 до Г-25 (Б, В и II, III) применяют в штукатурных работах, для заделки швов и в специальных целях.

Наиболее распространен в качестве сырья природный гипсовый камень. Он часто загрязнен мелом, органическими примесями, глиной. Доступность сырья, простота технологии и низкая энергоемкость производства (в 4 -- 5 раз меньше, чем для получения портландцемента) делают гипс дешевым и перспективным вяжущим. Если в гипсовом камне содержится не менее 90% двуводного гипса, то получают гипс I сорта, если не более 65%, то -- гипс II сорта.

Глина, содержащаяся в виде примеси, подразделяется на жирную, полужирную (средней жирности) и тощую (суглинки). Это деление обусловлено степенью содержания в глине песка. Глину используют в качестве вяжущего материала при изготовлении печных и штукатурных растворов, добавляют в цементные растворы, предназначенные для кладки конструкций в условиях нормальной влажности воздуха.

Свойства гипса и растворов на его основе

При затворении гипса водой происходит его твердение. Внешне это выражается в превращении пластичного теста в твердую камнеподобную массу с выделением тепла. При насыщении водой уже затвердевших материалов на основе гипса происходит размягчение готовых форм, т. е. процесс отвердения обратим. Это позволяет придавать изделиям из гипса и гипсокартонных листов любые архитектурные формы. Конечная стадия твердения заканчивается через 1--2 ч.

Для повышения прочности и ускорения сроков схватывания гипсовые вяжущие добавляют в известково-песчаные растворы. Они также придают большую гладкость и белизну штукатурному слою, их применяют в качестве основного вещества в мастиках.

Хорошо зарекомендовали себя смешанные растворы из двух вяжущих материалов: первым компонентом в них, как правило, выступает цемент, а вторым - известь, глина или гипс. Чаще всего при строительстве используется раствор из цемента под маркой 100, известкового или глиняного теста и песка в соотношении 1 : 0,5 : 5.

Гипс -- один из древнейших строительных материалов. Структура гипса делает его природным «кондиционером». Это происходит за счет поглощения избыточной влаги в помещении и обратного ее выделения. Помещения, в отделке которых применяются гипсовые материалы, пропускают воздух. Гипс -- материал экологически чистый, нетоксичный, не имеющий запаха, с рН = 5,5 (что соответствует кислотности кожи человека). Он негорюч и огнестоек (при действии высоких температур в результате термической диссоциации кристаллогидратов выделяет воду, тормозя распространение огня), обладает высокой паро- и газопроницаемостью, хорошей звуко- и теплоизоляцией.

Одной из важнейших характеристик гипса при использовании его для строительных и отделочных работ является время схватывания и полного отвердевания смеси.

Высокая пористость гипса и изделий из него позволяет модифицировать его свойства. Для повышения водостойкости в гипсовые смеси вводят гидрофобные вещества (например, силиконовое масло), которые при высыхании образуют тонкую защитную пленочку на поверхности, придавая изделиям из гипса некоторые водоотталкивающие свойства. Пропитка гипса полимерными растворами позволяет получать искусственный мрамор -- легкий, красивый и долговечный материал.

Сырье для производства гипсовых вяжущих веществ

Гипсовый камень -- продукт измельчения горной породы осадочного (химического) происхождения, состоящей в основном из природного минерала -- гипса (CaS042H20). Теоретический состав двуводного сульфата кальция, % по массе: СаО -- 32,56; S03 -- 46,51; Н20 - 20,93.

В природе гипс встречается чаще всего в виде трех минералогических разновидностей, отличающихся друг от друга своей кристаллической структурой:

* алебастр (гр. alabastros -- белый) -- плотный мелкозернистый минерал с сахаровидным изломом или крупнозернистый с беспорядочно ориентированными в пространстве кристаллами;

* селенит (гр. selen -- луна) -- волокнистый, сложенный из правильно расположенных нитевидных кристаллов минерал, имеющий характерный шелковистый отлив;

* гипсовый шпат -- пластинчатый минерал с плоскими прозрачными кристаллами слоистой структуры.

Гипсовый камень и вяжущие вещества, получаемые в результате его переработки, имеют приближающийся к белому цвет.

Примеси могут придавать гипсу серый, желтоватый, розовый, бурый и другие оттенки. В качестве примесей в гипсе встречаются кварц, пирит, сера, карбонаты, бораты, глинистые и битуминозные вещества.

Гипсовый камень характеризуется следующими свойствами:

· прочность при сжатии -- около 80 МПа,

· истинная плотность -- 2200...2400 кг/м3,

· средняя плотность гипсового щебня в насыпном состоянии -- 1300... 1600 кг/м3,

· твердость по шкале Мооса -- 2.

Растворимость гипса в воде (г/л) в пересчете на сульфат кальция при температуре 20°С составляет 0,2; при 40 °С -- 0,21; при 100 °С -- 0,17.

Гипс используют преимущественно как сырье для производства низко- и высокообжиговых гипсовых вяжущих и в качестве добавки, вводимой при помоле клинкера портландцемента и его разновидностей с целью регулирования сроков схватывания. Другим направлением использования природного гипса является изготовление стеновых и перегородочных изделий, что обусловлено его низкой теплопроводностью: при 30 °С -- 0,28...0,34 Вт/(м- °С).

Ангидрит -- безводный сульфат кальция (CaS04), в природе обычно залегающий под слоями гипса. Химически чистый ангидрит содержит, % по массе: СаО -- 41,2; S03 -- 58,8. Ангидрит состоит из преимущественно мелких кристаллов, имеет белый с различными оттенками цвет и характеризуется прочностью 60...80 МПа, истинной плотностью 2,9...3,1 г/см3, твердостью 3...3.5. Применяется он для производства безобжиговых и высокообжиговых гипсовых вяжущих веществ, а также в качестве добавки для производства цемента.

Гипсосодержащие породы (глиногипс, гажа, арзик) состоят из трех основных компонентов: гипса, глины н карбонатов и представляют собой тонкодисперсную механическую смесь или рыхлые, слабосцементированные образования серого, желтоватого или бурого цвета.

Истинная плотность -- около 2 г/см3, твердость по Моосу -- менее 1. Кристаллическая структура -- моноклинная, гексагональная и ромбическая. Химико-минералогическнй состав гипсосодержащих пород варьируется в широком диапазоне даже в пределах одного месторождения (содержание CaS04-2H,0 может изменяться от 30 до 70 %). Вяжущие вещества из гипсосодержащих пород по свойствам значительно уступают материалам, приготовленным из относительно чистого природного дву водного гипса. Поэтому их применяют для получения гипсовых вяжущих только в местах добычи, если нет более качественного сырья.

Гипсосодержащие отходы образуются во многих производствах химической, пищевой и других отраслях промышленности, а также при десульфатизации промышленных газов. Эти отходы представляют собой влажные порошки или шламы с характерным цветом и запахом, содержащие в той или иной форме значительное количество различных модификаций сульфата кальция.

В настоящее время известно более 50 видов гипсосодержащих отходов. Наиболее удобно их классифицировать по происхождению. Впервые такая классификация была предложена Ю.Г. Мещеряковым. В соответствии с ней попутные продукты, содержащие сульфат кальция, образуются:

* в производстве минеральных кислот: ортофосфорной (фос-фогипс и фосфополугидрат), ортоборной (борогипс) и плавиковой (фторангидрит); органических кислот: лимонной (цит-рогипс), виннокаменной (тартратогипс), молочной и муравьиной;

* при химической переработке древесины (гидролизный гипс);

*при производстве комплексных удобрений из минералов и горных пород, относящихся к группе сложных сульфатов (каинит, полигалит и др.);

* при обработке водных растворов некоторых солей: FeS04 (крем негипс), СаС12 и др.;

* при очистке промышленных газов, содержащих S03 (сульфо-гипс);

* при обработке водных растворов кислот, образующихся, например, при производстве диоксида титана (титаногипс), синтетических волокон и др.;

* при производстве солей из озерной рапы, морской и океанической воды (рапной гипс);

* при производстве витаминов (витаминный гипс).

Наибольший интерес для производства гипсовых вяжущих представляют крупнотоннажные отходы химической промышленности: фосфогипс, борогипс, фторгипс, титаногипс. Указанные отходы тонкодисперсны, имеют удельную поверхность 400...700 м2/кг, истинную плотность 2200...2400 кг/м\ насыпную плотность в сухом состоянии 400...800 кг/м3.

Гипсосодержащие отходы, как правило, содержат значительное количество влаги (15...150%), а также различное количество водорастворимых кислот и других вредных примесей, негативно влияющих на сроки схватывания и другие свойства получаемых вяжущих веществ. Поэтому прежде чем использовать отходы для производства гипсовых вяжущих веществ, их необходимо высушивать, производить промывку или нейтрализацию вредных примесей, что приводит к увеличению энергозатрат и усложняет технологический процесс производства. Другим недостатком этих отходов является неоднородность их химического и минералогического состава даже в условиях одного отдельно взятого предприятия.

Указанные недостатки сдерживают применение гипсосодержащих отходов в качестве сырья для производства гипсовых вяжущих веществ и в качестве добавки для производства портландцемента. Однако в последние годы в нашей стране и за рубежом накоплен значительный опыт в этой области. Полученные результаты показывают возможность и перспективность переработки гипсосодержащих отходов (прежде всего фосфогипса) в вяжущие вещества.

Дегидратация гипсового камня (гипса)

строительный гипс обжиг дегидратация

В основе получения всех гипсовых вяжущих лежит способность двуводного сульфата кальция дегидратироваться с изменением состава и структуры. В зависимости от степени нагрева получаемый продукт обладает различной растворимостью в воде, превращаясь в итоге в нерастворимое, «намертво обожженное» состояние. Регулируя температуру тепловой обработки, можно получить различные гипсовые вяжущие, отличающиеся строительно-техническими свойствами. Кроме того, степень дегидратации двуводного гипса зависит от длительности тепловой обработки и давления водяных паров.

При температуре 100 -- 140°С двуводный гипс сравнительно быстро дегидратируется до полугидрата

С повышением температуры до 200°С процесс обезвоживания ускоряется. Гипс постепенно переходит в безводную модификацию -- обезвоженный полугидрат, который в свою очередь при дальнейшем повышении температуры превращается в растворимый ангидрит. При этом полуводный гипс, как и последующие две его безводные модификации, могут существовать в виде а- и b-модификаций, отличающихся по структуре. а-полугидрат образуется при температуре чуть выше температуры кипения воды, но при повышенном давлении водяного пара. Отщепляемая вода удаляется из гипса в жидком состоянии и не вызывает разрыхления или разрушения зерен. Получаются плотные кристаллы полугидрата с гладкой поверхностью. b-полугидрат получают при атмосферном давлении, вода при дегидратации выходит в виде пара, что приводит к сильному механическому диспергированию зерен, образованию шероховатого «изъеденного» рельефа поверхности с большим количеством трещин и капилляров. На рисунке 2 показаны химические превращения гипса при нагревании.

Рисунок 2. Химические превращения гипса при нагревании

Чем выше температура и ниже давление водяного пара, тем мельче получаемые кристаллы. Структурные отличия определяют особенности свойств а- и b-модификаций полуводного гипса. b-полугидрат отличается повышенной растворимостью, большей скоростью гидратации, но для получения подвижного гипсового теста он требует большего количества воды (50 -- 70% от массы гипса по сравнению с 30 -- 45% для а-полугидрата) и соответственно имеет меньшую прочность. Обезвоженные полугидраты по структуре близки к полугидратам, но отличаются несколько большей (на 5 -- 6%) водопотребностью. Растворимые ангидриты требуют воды на 25 -- 30% больше, чем полугидраты, и дают камень меньшей прочности. Поэтому следует избегать образования растворимого ангидрита при тепловой обработке гипсового камня. Начиная с 350°С, растворимый ангидрит переходит в нерастворимый «намертво обоженный», который практически не взаимодействует с водой и не твердеет.

При температурах более 800°С начинается частичная диссоциация сернокислого кальция и в составе продукта обжига появляется свободная известь.

Список литературы

1. Ю.М. Бутт, М.М. Сычев, В.В. Тимашев «Химическая технология вяжущих материалов». - Москва ВШ 1980 г.

2. А.В. Волженский, А.В. Ферронская «Гипсовые вяжущие и изделия». - Москва 1974 г.

3. А.В. Волженский «Минеральные вяжущие вещества». - Москва 1986 г.

4. М.Я. Сапожников, Н.Е. Дроздов Справочник по оборудованию вводов строительных материалов. - Москва 1970 г.

Размещено на Allbest.ru