К высокообжиговым гипсовым вяжущим относят ангидритовое вяжущее и высокообжиговый гипс (эстрих-гипс). Технологическая схема их производства достаточно проста (рис. 3.5). Сырьем может служить как природный двуводный гипс, так и ангидрит. Отличие в технологии ангидритового вяжущего и эстрих-гипса состоит в температуре обжига: ангидритовое вяжущее получают при температурах 600—750°С, а высокопрочный гипс — при температурах 800-1000°С.
Кроме того, ангидритовое вяжущее измельчают вместе с добавками-катализаторами, а эстрих-гипс во введении таких добавок не нуждается. Эти два отличия связаны между собой. Ангидритовое вяжущее состоит в основном из нерастворимого ангидрита — безводного CaS04, который сам по себе даже в тонкоизмельченном виде в реакцию с водой не вступает и, следовательно, не твердеет («мертвообожженный» гипс). Его «оживляют» введением катализаторов, которые увеличивают растворимость безводного CaS04 и создают условия для его гидратации и кристаллизации из раствора двуводного гипса. Такими катализаторами являются известь, различные сульфаты, обожженный доломит, основный гранулированный шлак и др. Наиболее распространенный катализатор — известь. Эти добавки вводят в ангидритовое вяжущее при помоле в количестве 1—8%.
При температуре тепловой обработки высокообжигового гипса (800-1000oC) происходит частичное разложение сульфата кальция с образованием некоторого количества извести (СяОЗ—5%), которая и играет роль катализатора.
Posts Tagged ‘гипс’
Производство высокообжиговых гипсовых вяжущих
Пятница, марта 5, 2010Твердение гипсовых вяжущих
Суббота, февраля 27, 2010Как и любое вяжущее вещество, гипсовые вяжущие при смешении с водой образуют пластичное тесто, которое превращается со временем в камневидное тело вследствие ряда физико-химических процессов. Эти изменения протекают постепенно и непрерывно, однако условно различают следующие периоды:
• период текучести (время до начала схватывания), когда масса обладает подвижностью и текучестью;
• период схватывания, когда масса утрачивает свою подвижность, оставаясь при этом достаточно пластичной, т.е. способной деформироваться под действием внешних воздействий;
• конец схватывания, т.е. момент, соответствующий превращению массы в камневидное тело, после которого деформатив-ное воздействие на материал приводит к необратимой потере прочности.
Далее развивается процесс нарастания прочности в материале. Особенности отдельных этапов твердения должны учитываться при изготовлении изделий, так как приготовление массы, формо1 вание, транспортировка сырца и т.д. могут осуществляться только в течение определенного времени.
Твердение низкообжиговых гипсовых вяжущих происходит в результате гидратации полугидрата с образованием двуводного сернокислого кальция
CaS04 ■ 0,5H2O + l,5ff2O^> CaS04 ■ 2Н20.
Существует несколько теорий, объясняющих механизм твердения вяжущих веществ. На примере гипса рассматривать и сравнивать эти теории особенно удобно, так как это вяжущее мономинерально.
Кристаллохимическая теория была предложена Ле-Шателье в 1882 г. Она объясняла твердение вяжущего возникновением кристаллического сростка гидратных новообразований, выпадающих из раствора. Вяжущее растворяется с образованием раствора, который быстро достигает концентрации насыщения по отношению к соединениям его составляющим. Возникающие в результате гидратации новообразования менее растворимы, чем исходные вещества, следовательно, по отношению к ним раствор оказывается пересыщенным, что и влечет за собой их кристаллизацию.
При твердении строительного гипса в связи с тем, что растворимость двуводного сернокислого кальция составляет около 2 г/л, а растворимость исходного полугидрата — около 8 г/л, раствор оказывается пересыщенным по отношению к двугидрату, в результате чего из него выпадают мелкие кристаллы. При этом раствор обедняется сульфатом кальция, что обеспечивает растворение новых количеств полугидрата и кристаллизацию двугидрата. По этой схеме процесс продолжается до полной перекристаллизации всего исходного CaS04 ■ 0,5Н20. При высокой концентрации вяжущего в воде возникающие при твердении кристаллогидраты тесно соприкасаются друг с другом и срастаются, образуя прочные структуры твердения.
В 1892 г. появилась коллоидно-химическая теория В. Михаэли-са, которая объясняла твердение вяжущих образованием коллоидного «студня» новообразований (гелей), склеивающего частицы вяжущего и заполнителя. Согласно этой теории при твердении полуводного гипса гидратация CaS04 ■ 0,5Н20 идет не в растворе, а на поверхности частиц вяжущего. Двуводный гипс, образующийся таким образом, не может перейти в пересыщенный раствор и образует коллоидную массу. Упрочнение камня происходит вследствие отсоса воды из геля внутренними частями зерен вяжущего, сопровождаемого появлением дополнительных количеств двугидрата, и обусловленного этим повышения плотности. Таким образом, процесс протекает в основном топохимически, т.е. на поверхности зерна и без перехода минералов вяжущего в жидкую фазу. На более поздних сроках твердения коллоидная масса превращается в кристаллический сросток.
Свойства и применения гипсовых вяжущих
Суббота, февраля 20, 2010Водопотребность. Для получения пластичного гипсового теста необходимо значительно большее количество воды, чем для протекания реакции гидратации полуводного гипса (стехиометричес-кое количество воды - 186 г на 1 кг гипса). Чтобы получить литые изделия из 1 кг а-полугидрата, необходимо добавить 350-400 г воды, а из 1 кг р-полугидрата - 600-800 г воды. Избыточная вода остается в затвердевшем материале и в дальнейшем испаряется, обуславливая высокую пористость гипсового камня (50—60%). Чем ниже водопотребность вяжущего, тем плотнее и прочнее изделия на его основе, и именно поэтому а-модификация полуводного гипса дает более качественный и высокопрочный строительный материал.
Высокообжиговые гипсовые вяжущие имеют еще более плотную структуру и, соответственно, водопотребность их меньше, чем у низкообжиговых. Причем чем выше температура обжига, тем ниже водопотребность: у ангидритового вяжущего - 30-40%,у эстрих-гипса — 25—35%. Изделия из эстрих-гипса отличаются высокой морозостойкостью, повышенной водостойкостью и меньшей склонностью к пластическим деформациям, поэтому иногда его называют «гидравлическим» гипсом.
По срокам схватывания различают следующие виды гипсовых вяжущих:
• быстро твердеющие — с началом схватывания не ранее 2 мин и концом схватывания — не позднее 13 мин;
• нормально твердеющие — с началом схватывания не ранее 6 мин и концом схватывания — не позднее 30 мин;
• медленно твердеющие — с началом схватывания не ранее 20 мин и ненормированным концом схватывания.
Низкообжиговые гипсовые вяжущие относятся к быстро схва-тывающимся вяжущим веществам. Как правило, они схватываются уже через 5—15 мин. При этом увеличение тонкости помола, а также повышение температуры значительно сокращают сроки схватывания. Начавшие схватываться, а тем более схватившиеся растворы, нельзя подвергать механическим воздействиям во избежание разрушения формирующегося кристаллического каркаса. Короткие сроки схватывания гипса неудобны в технологическом процессе. Поэтому в состав гипса могут вводиться специальные добавки — замедлители схватывания. Обычно ими являются поверхностно-активные вещества (сульфитно-дрожжевая бражка, известково-клеевой и кератиновый замедлители), которые, адсор-бируясь на частичках полугидрата, образуют защитные пленки и замедляют взаимодействие вяжущего с водой. Замедлителями схватывания гипсовых вяжущих могут также служить неорганические вещества: бура, борная кислота, фосфат натрия и др.
В ряде случаев необходимо, наоборот, ускорить схватывание, например, для быстрого извлечения изделий из формы. Для этого используют добавки — ускорители схватывания — двуводный гипс, поваренную соль, серную кислоту и др.
Высокообжиговые гипсовые вяжущие относятся к медленно схватывающимся: ангидритовое вяжущее — начало схватывания не ранее 30 мин и конец схватывания — не позднее 24 ч; высокообжиговый гипс — начало схватывания не ранее 2 час и конец схватывания - не нормирован, но обычно вяжущее полностью схватывается в течение 12—36 ч.
Применение гипсовых вяжущих материалов
Суббота, февраля 6, 2010Гипс среди эффективных строительных материалов занимает одно из ведущих мест. Это обусловлено большими запасами гипсового сырья, низкой топливо- и энергоемкостью производства, технологичностью материалов и конструкций и высокими их эксплуатационными и эстетическими свойствами. На изготовление 1 т изделий из гипса удельных капитальных вложений требуется в два раза, а электроэнергии в четыре раза меньше, чем на получение 1 т изделий из цемента.
Основная масса выпускаемых гипсовых вяжущих используется в строительстве. Их применяют при производстве штукатурки, перегородочных стеновых плит и панелей, вентиляционных коробов, работающих при относительной влажности воздуха менее 65%. Гипсовые изделия обладают невысокой плотностью, негорючестью и рядом других ценных свойств.
Большие объемы гипса используются для изготовления штукатурных и кладочных растворов. Особенно перспективно использование сухой гипсовой штукатурки. ГЦПВ вследствие его повышенной водостойкости применяют для изготовления санитарно-технических кабин, ванных комнат, вентиляционных каналов. Ангидритовое вяжущее используют для изготовления бесшовных полов, в качестве подстилающего слоя под линолеум, а также для получения легких бетонов, искусственного мрамора, для проведения декоративно-отделочных работ. Высокообжиговый гипс применяют для настила тепло- и звукоизолирующих полов, изготовления подстилающего слоя под линолеум, а также для кладочных и штукатурных растворов и для искусственного мрамора. Марки гипсовых вяжущих от Г-5 до Г-25 тонкого помола с нормальными сроками твердения служат для изготовления форм и моделей в керамической, машиностроительной, литейной промышленности, а также в медицине.
Тонкость помола и прочность
Среда, января 13, 2010Тонкость помола. В зависимости от степени измельчения различают гипсовые вяжущие грубого, среднего и тонкого помола с максимальным остатком на сите с размером ячеек в свету 0,2 мм не более 23, 14 и 2%, соответственно.Чем тоньше размолот гипс, тем больше его реакционная поверхность и тем быстрее протекает схватывание и дальнейшее твердение, но одновременно увеличивается водопотребность. Особое значение тонкость помола имеет для высокообжиговых вяжущих, для них максимальный остаток на сите №008 — не более 15%.
Прочность. Марку низкообжиговых гипсовых вяжущих опре деляют по прочности при сжатии образцов-балочек размеро\ 40x40x160 мм, сформованных из теста нормальной густоты в возрасте 2 часа после затворения водой. ГОСТом установлено 12 марок от Г-2 до Г-25 (цифра в обозначении марки соответствует прочности при сжатии, выраженной в МПа). Наряду с прочностью при сжатии нормируется также прочность при изгибе, которая существенно ниже.
Прочность гипса может быть повышена путем сушки. При этом растворенный двуводный гипс оседает в порах и упрочняет кристаллический сросток. Прочность гипсовых образцов, высушенных при температурах до 60°С, в 2—2,5 раза выше прочности влажных образцов после 2 часов твердения.
У высокообжиговых вяжущих свои методы оценки прочности. Марку ангидритового вяжущего определяют по прочности при сжатии в возрасте 28 суток в образцах из растворов жесткой консистенции состава 1 : 3 (вяжущее : Вольский песок). Предусмотрен выпуск четырех марок вяжущего — 5, 10, 15 и 20 МПа.
Выпускаемый высокообжиговый гипс имеет марки 10, 15 и 20 по прочности при сжатии (МПа) через 28 суток образцов-кубов из раствора пластичной консистенции 1: 0 (без песка). Кроме того, затвердевший высокопрочный гипс отличается повышенным сопротивлением истиранию.
Наряду с гипсовыми вяжущими общестроительного назначения выпускают гипс для фарфоро-фаянсовой и керамической промышленности. Он имеет сроки схватывания, установленные для нормально твердеющего гипса, а остаток на сите с ячейками размером в свету 0,2 мм (№02) не более 1%. К этим вяжущим предъявляются и особые требования: объемное расширение — не более 0,15%, содержание нерастворимых в НС1 примесей — не более 1%, водопоглощение — не менее 30%.
Гипсовые вяжущие твердеют с некоторым увеличением объема (до 1%), благодаря чему гипсовые отливки хорошо заполняют форму и передают ее очертания. При его высыхании трещин не образуется, что позволяет применять гипс без заполнителей.
Производство воздушной извести
Понедельник, декабря 7, 2009Производство воздушной извести очень распространено. Она является местным вяжущим веществом, так как сырьевые материалы и топливо имеются почти во всех регионах, а процесс ее изготовления не требует сложного оборудования. Значительная ее часть расходуется на получение строительных растворов (смесь извести и песка), применяемых для кладочных и штукатурных работ, при этом в качестве добавок может использоваться цемент. Бездобавочные растворы предназначены для эксплуатации только в сухих условиях, то есть их применяют в основном для внутренних работ.
Как составная часть известь входит в состав многих смешанных вяжущих: известково-шлаковых, известково-гипсовых, известково-пуццолановых и т. д. Она находит также применение в производстве легкобетонных камней, шлакобетона, бетонов низких марок, рассчитанных на службу в воздушно-сухих условиях, теплоизоляционных и звукоизоляционных материалов, известковых окрасоч* ных составов. Основная часть строительной извести расходуется на получение автоклавных силикатных строительных материалов.
В настоящее время для строительных целей используют лишь около 50% всей выпускаемой извести. Остальную часть потребляют керамическая, стекольная, металлургическая промышленность, сельское хозяйство и другие отрасли.
Вещественный и химико-минералогический состав портландцемента
Понедельник, ноября 30, 2009Гипс вводят в состав портландцемента для регулирования (замедления) сроков схватывания. Его содержание нормируют в пересчете на S03. Содержание S03 ( %—масс.) должно быть: в рядовых портландцементах — не менее 1 и не более 3,5, в высокомарочных и быстротвердеющих портландцементах — не менее 1,5 и не более 4,0, в шлакопортландцементах - не менее 1,0 и не более 4,0.
Возможно использование как природного гипсового камня, так и промышленных отходов — фосфогипса и борогипса.
Наряду с бездобавочным портландцементом (обозначение: ПЦ— ДО) выпускаются также два вида портландцементов с активными минеральными добавками — с содержанием добавок до 5%—масс, (обозначение: ПЦ-Д5) и до 20%-масс. (обозначение: ПЦ-Д20).
Таким образом, ПЦ—ДО состоит из двух компонентов — клинкера и гипса; ПЦ-Д5 может содержать до 5% активных минеральных добавок всех видов; ПЦ-Д20 - до 20% доменных, электро-термофосфорных гранулированных шлаков, глиежей, добавок вулканического происхождения или до 10% добавок осадочного происхождения. Введение активных минеральных добавок снижает себестоимость портландцемента и повышает стойкость цементного камня в минерализованных водах.
Качество клинкера зависит от его химического и минералогического состава. Химический состав характеризуется содержанием в клинкере различных оксидов, а минералогический — количественным соотношением минералов, образующихся в процессе обжига. Портландцементный клинкер состоит в основном из (% мае): СаО - 64+67; Si02 - 21+25; А1203 - 4+8; Fe203 - 2+4. Кроме того, в виде примесей могут присутствовать оксиды щелочных металлов, магния, титана и др.
Вышеперечисленные оксиды при обжиге взаимодействуют между собой, образуя клинкерные минералы. Портландцементный клинкер состоит из ряда кристаллических фаз, отличающихся друг от друга по химическому составу, и стекловидной фазы. Основные минералы клинкера: алит ЗСаО • Si02 (сокращенная запись — C3S); белит - р-модификация 2СаО • Si02 (C2S); трехкальциевый алюминат - ЗСаО • А1203 (С3А) и алюмоферрит кальция переменного состава от 8СаО • ЗА1203 • Fe203 до 2СаО • Fe203 (сокращенная запись - C8A3F - C2F). При расчетах, как правило, пользуются формулой усредненного состава алюмоферритов — 4 СаО • А1203 • Fe203 (сокращенная запись C4AF).
Алит представляет собой кристаллическую фазу, в основе структуры которой лежит структура трехкальциевого силиката. Однако отождествлять полностью алит и трехкальциевый силикат нельзя. При кристаллизации из расплава C3S образуются твердые растворы, в структуру которых встраиваются ионы Mg2+, Al3+, Fe3+ и др. Кристаллы алита в непрозрачных шлифах выглядят как призмы с голубоватой окраской (рис. 3.9 а).
Структура белита основана на кристаллической решетке р-мо-дификации двухкальциевого силиката, в которой катионы Са2+ частично замещаются на ионы Mg2+, Ва2+, Сг3+, К+, а анионы Si04
Производство высокопрочного гипса
Суббота, сентября 19, 2009Технологическая схема получения высокопрочного гипса представлена на рис. 3.4. Если тепловая обработка гипсового камня в варочных котлах и мельницах производится при атмосферном давлении и получаемый продукт состоит преимущественно из fi-CaS04 - 0,5ЩО, то для получения гипса повышенной прочности, состоящего в основном из а-полугидрата, необходимо создать такие условия, чтобы кристаллизационная вода удалялась из двуводного гипса в капельно-жидком состоянии. Это достигается обезвоживанием гипсового камня либо в герметических аппаратах в среде насыщенного пара под давлением выше атмосферного, либо кипячением в водных растворах некоторых солей, температура кипения которых не ниже температуры дегидратации гипсового камня.
Распространение получило производство высокопрочного гипса способом «самозапаривания», предусматривающим создание избыточного давления за счет испарения из гипсового камня гид-ратной 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, газы нагревают материал. Дегидратация гипса протекает в паровой среде при повышенном давлении 0,23 МПа в течение 5-5,5 часов. Излишки пара периодически сбрасываются. После запаривания материал сушат в этом же аппарате, снижая для этого давление в течение 1,5 часов до 0,13 МПа, а затем до атмосферного. Общая продолжительность цикла составляет 12—24 ч. Полученный материал тонко измель-. чают в мельницах. Невысокая производительность и длительность технологического цикла обусловливают достаточно высокую стоимость высокопрочного гипса.
Относительно низкая температура дегидратации двуводного гипса позволяет получать высокопрочный гипс и при атмосферном давлении — кипячением дробленого гипсового камня в растворах солей (СаС/2, MgCl2, MgS04, Na2C03 и др.), температура кипения которых превышает температуру дегидратации гипса. Длительность варки в зависимости от вида раствора и его концентрации — 45—90 мин. Полученный таким образом полуводный гипс, состоящий в основном из а-полугидрата, отцеживают или отделяют от жидкой среды центрифугированием, промывают до полного удаления солей, сушат при 70—80°С и размалывают в порошок. Такая технология позволяет получить продукт высокого качества и сократить длительность производственного цикла, однако необходимость отделения гипса от солевого раствора и сушки усложняет производственный процесс.
Тепловая обработка в котлах
Суббота, сентября 19, 2009Тепловая обработка в котлах происходит при атмосферном давлении, вода удаляется в виде пара и сильно разрыхляет структуру, поэтому продукт состоит в основном из тонкодисперсной р-модификации полуводного гипса. Повысить содержание более качественного а-полугидрата можно введением в котел небольших количеств растворов солей, например, 0,1% NaCl. Раствор соли снижает упругость пара у поверхности зерен, что приводит к ускорению процесса варки и улучшению качества продукта.
Гипсоварочные котлы отличаются простотой обслуживания, удобством регулирования и контроля режима обжига. Обрабатываемый в них материал с пламенем и дымовыми газами не соприкасается, поэтому не загрязняется золой и сажей. К недостаткам этого агрегата следует отнести периодичность работы, быструю изнашиваемость его днища и обечаек котлов, а также сложность улавливания гипсовой пыли.
Из гипсоварочного котла материал выходит достаточно дисперсным, однако для улучшения его качества иногда используют его домол в шаровых мельницах.
Для обжига гипса во вращающихся печах используют печи длиной 8—14 м и диаметром 1,6—2,2 м. Загружают печи щебнем с размером зерен 10—20 мм и 20—35 мм. Длительность тепловой обработки — 1-2 ч. Выходящий из печи материал направляют в бункер томления или подвергают горячему помолу. Такая технологическая схема обеспечивает получение более дешевого и качественного гипса при меньших капитальных затратах, компактна, легко поддается автоматизации.
Невысокая температура дегидратации гипса позволяет совместить процессы помола и обжига в одном агрегате — шахтной, роликовой или шаровой мельнице. В этом случае используют горячие дымовые газы с температурой до 600—700°С. Частицы материала, находясь во взвешенном состоянии, быстро дегидратируются. Длительность процесса существенно сокращается, но снижается и качество продукта, так как его состав неоднороден.
Производство строительного гипса
Суббота, сентября 19, 2009Строительный гипс получают с применением варочных котлов, вращающихся печей и установок совмещенного помола и обжига. Наиболее распространено производство строительного гипса с применением варочных котлов.
Полная технологическая схема производства строительного гипса в гипсоварочных котлах представлена на рис. 3.2. Гипсовый камень доставляют обычно с карьеров в кусках размером от 300 до 500 мм, дробят в щековых и молотковых дробилках, а затем размалывают с одновременной сушкой в шахтных мельницах.
Источником теплоты для сушки в большинстве случаев являются отработанные дымовые газы с температурой 100—500°С. Непрерывно поступая под ротор мельницы, они уносят с собой продукт помола в шахту над мельницей, где он подсушивается. При этом имеет место саморегулирование процесса — более крупные частицы выпадают из газового потока и снова поступают в мельницу, где подвергаются повторному измельчению, а мелкие частицы уносятся дымовыми газами в пылеулавливающие устройства.
Тонкомолотый гипс поступает для тепловой обработки в гип-соварочный котел. Широко распространено производство гипса в варочных котлах периодического действия большой емкости (12—15 м3). Гипсоварочный котел представляет собой цилиндр с вогнутым внутрь сферическим днищем, изготовленный из жароупорной стали и обмурованный кирпичной кладкой. Под котлом расположена топка, сводом которой служит днище котла. Внутри котла попарно друг над другом расположены четыре жаровые металлические трубы. Продукты сгорания топлива омывают днище котла, затем, проходя по кольцевым каналам, обогревают его боковые стенки. Далее газы попадают в жаровые трубы, нагревают их, а сами охлажденными удаляются через дымовую трубу. Это обеспечивает равномерный обогрев материала и полное использование теплоты дымовыми газами. Внутри котла расположено перемешивающее устройство — вертикальный вал с прикрепленными к нему верхней и нижней мешалками.
Продолжительность дегидратации гипсового камня в гипсоварочных котлах зависит от емкости котла, тонкости измельчения сырья и т.д. В среднем она колеблется от 50 мин до 2,5 ч. В первый период температура материала поднимается примерно до 120°С, а затем, несмотря на поступление теплоты, температура материала длительное время остается постоянной. Это соответствует периоду выделения из гипса кристаллизационной воды и превращения ее в пар — наблюдается бурное кипение материала, что требует значительных затрат теплоты. Постепенное повышение температуры в конце варки свидетельствует о том, что в массе порошка становится все меньше частиц двуводного гипса, и теплота начинает расходоваться не только на дегидратацию, но и на нагрев материала. Превышение температуры 120°С недопустимо, так как в этом случае начинают изменяться свойства гипсового вяжущего за счет развития процесса дегидратации, и это может привести к второму кипению.
По окончании варки материал выгружают в бункер выдерживания для постепенного охлаждения и выравнивания состава, где он находится 20—30 мин. Выравнивание состава продукта снижает его водопотребность и обеспечивает более высокие прочностные свойства.