Производство высокообжиговых гипсовых вяжущих

Производство высокообжиговых гипсовых вяжущих

Гипсовые вяжущие материалы, воздушные вяжущие материалы, получаемые на основе полуводного сульфата кальция либо безводного сульфата кальция (ангидритовые вяжущие). По условиям термической обработки, а также по скорости схватывания и твердения гипсовые вяжущие материалы делятся на 2 группы: низкообжиговые (быстросхватывающиеся и быстротвердеющие) - строительный и формовочный гипс, высокопрочный гипс, гипсоцементнопуццолановые вяжущие; высокообжиговые (медленно схватывающиеся и медленно твердеющие) - ангидритовый цемент, высокообжиговый гипс (эстрих-гипс). 

Строительный гипс получают термической обработкой в варочных котлах, вращающихся печах и других технологических установках при температуре 140-190°С дроблёного или предварительно измельченного в порошок природного гипса (гипсового камня). Начало схватывания гипсового теста наступает через 4-15 мин после затворения водой. Предел прочности строительного гипса при сжатии достигает 10 Мн/м2 (100 кгс/см2). Строительный гипс применяется для производства гипсовых изделий (главным образом для внутренней частей зданий), а также для штукатурных и кладочных работ. 

Формовочный гипс и высокопрочный гипс получают в основном теми же способами, что и строительный гипс, но из более чистого сырья; они отличаются повышенной прочностью, используются для изготовления различных форм и моделей в керамической и некоторых других отраслях промышленности, а также для производства отделочных материалов и архитектурных деталей. производство гипс строительство

Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие (ГЦПВ), предложенные советским учёным А. В. Волженским, получают смешиванием строительного гипса и других видов гипсовых вяжущих с портландцементом (или пуццолановым портландцементом) и кислой гидравлической добавкой (трепел, диатомит, вулканический пепел, трасс, туф, золы от сжигания бурых углей и др.). Эти смешанные вяжущие материалы отличаются от чистых гипсовых вяжущих материалов способностью к гидравлическому твердению и повышенной водостойкостью. Изделия из них имеют значительно меньшие пластические деформации, чем изготовленные из строительного гипса и других гипсовых вяжущих. ГЦПВ обычно содержат 50-75% гипса, 15-25% пуццолановой добавки (с активностью по поглощению окиси кальция более 200-250 мг/г). Соотношение между портландцементом и пуццолановой добавкой, от которого зависит долговечность изделий, определяется по специальной методике. 

Ангидритовый цемент изготовляют обжигом природного гипса при температуре 600-700°С с последующим его измельчением совместно с добавками-катализаторами твердения (известь, бисульфат или сульфат натрия с железным или медным купоросом и пр.). Он используется для приготовления строительных растворов, бетонов, искусственного мрамора, декоративных изделий. 

Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс) получают обжигом природного гипса при температуре 800-1000°С с последующим тонким измельчением; применяется в тех же случаях, что и ангидритовый цемент. Изделия из эстрих-гипса, по сравнению с изделиями из строительного гипса, обладают более высокой водостойкостью и меньшей склонностью к пластическим деформациям.

Разработана технология получения высокопрочного гипса из синтетического СаSO4·2Н2О, сырьем для производства которого является природный мел и серная кислота. Определены оптимальные значения параметров технологического процесса, обеспечивающие получение гипсового вяжущего, характеризующегося наивысшими прочностными показателями. Разработанная технология будет являться перспективной для регионов, значительно отдаленных от источников природного гипса

Высокообжиговые гипсовые вяжущие обладают пониженной химической активностью, медленным схватыванием, повышенной водостойкостью, прочностью до 20 МПа. Для ускорения процесса твердения в ангидритовый цемент, полученный при температуре 600 – 700 0С, вводят добавку извести. При температуре 900 – 1000 0С безводный сульфат кальция частично разлагается на оксид кальция (СаО) и серный газ (SО3). Следовательно, выпускаемый эстрихгипс представляет собой двухкомпонентный продукт, состоящий из СаSО4 + СаО. Основное назначение этих вяжущих – выполнение монолитных полов или в сочетании с плитами из горных пород – мозаичных полов; изготовление путем введения пигментов полированных плит искусственного мрамора, применяемых для отделки пола и стен в зда- ниях общественного назначения; получение штукатурных, кладочных растворов и легких бетонов.

Высокообжиговый гипс

Высокообжиговым гипсом (эстрих-гипсом) называют воздушное вяжущее вещество, представляющее собой продукт, получаемый обжигом природного двуводного гипса или природного ангидрита при температуре 800-1000º С с последующим помолом.

В процессе обжига гипсового камня при производстве высокообжигового гипса происходит не только обезвоживание двугидрата, но и частичное разложение сернокислого кальция с образованием свободной окиси кальция. Эта окись кальция в высокообжиговом гипсе играет роль катализатора подобно специально добавляемой извести в производстве ангидритового вяжущего. Поэтому содержание свободной окиси кальция, зависящее от температуры обжига, существенно влияет на свойства готового продукта.

Водопотребность высокообжигового гипса для получения теста нормальной густоты составляет 25-35%. Из всех гипсовых вяжущих веществ высокообжиговый гипс отличается наиболее медленным схватыванием и твердением. Начало схватывания должно наступать не ранее 2 ч от начала затворения. Медленное схватывание и твердение позволяют затворенную водой рыхлую массу высокообжигового гипса уплотнять трамбованием примерно через сутки после затворения водой, что значительно увеличивает прочность затвердевшего продукта.

Тонкость помола должна быть такой, чтобы остаток на сите с сеткой № 07 (98 отв/см2) был не более 2%, а на сите с сеткой № 02 (918 отв/см2) - не более 10%. Марки высокообжигового гипса - 100, 150, 200. В данном случае они указывают на предел прочности при сжатии образцов из раствора пластичной консистенции без песка (1:0) через 28 сут.

Изделия из высокообжигового гипса хорошо сопротивляются истиранию, а также мало тепло- и звукопроводны. Поэтому такой гипс применяют при устройстве полов для изготовления оснований под линолеум. Высокообжиговый гипс можно также использовать для получения строительных растворов и бетонов, для изготовления искусственного мрамора и других строительных нужд.

Высокообжиговым гипсом (эстрих-гипсом) называется воздушное вяжущее вещество, получаемое обжигом природного двуводного гипса или природного ангидрита при температуре 800—1000 °С с последующим его помолом.

При обжиге в указанном интервале температур происходит не только полное обезвоживание двугидрата с образованием безводного сернокислого кальция, но и частичное разложение сернокислого кальция с образованием свободной окиси кальция. Последняя отличается от продукта, получающегося при разложении углекислого кальция, отношением к воздействию на нее углекислоты, водяного пара и ряда других факторов. Некоторые исследователи считают поэтому, что собственно свободной окиси кальция в высокообжиговом гипсе нет и что образующаяся при разложении сернокислого кальция СаО оказывается связанной в основные соединения сульфата кальция типа тCaS04·п СаО. Свойства высокообжигового гипса зависят от температуры обжига и, следовательно, степени разложения безводного сернокислого кальция и от наличия окиси кальция, свободной или, возможно, связанной в форме основного сернокислого кальция. Присутствие этих соединений оказывает большое влияние на процесс твердения высокообжигового гипса, что выражается, по-видимому, в том, что эти образования выполняют роль катализатора, подобно различным добавкам, вводимым в состав ангидритового цемента. Высокообжиговый гипс можно обжигать в шахтных и во вращающихся печах. Чаще применяются шахтные печи.

Количество воды, необходимое для получения теста нормальной густоты, составляет 30—35%. При твердении высокообжигового гипса безводный сернокислый кальций переходит в двуводный. Медленное нарастание прочности связано с медленным же процессом присоединения гидратной воды, протекающим в течение нескольких месяцев. Окись кальция гидратируется, часть ее может входить во взаимодействие с сульфатом кальция, давая комплексные новообразования, а другая часть под действием углекислоты воздуха превращается в углекислый кальций. Если принять, что свободной окиси кальция в обожженном материале нет, то при взаимодействии с водой основного сульфата кальция образуются двуводный гипс и гидрат окиси кальция, причем последний также переходит в комплексные новообразования и углекислый кальций.

Чем больше поверхность соприкосновения и чем ближе частицы друг к другу, тем быстрее возрастает прочность твердеющего материала. Твердеющий высокообжиговый гипс отличается рыхлой структурой, при которой частицы материала отделены одна от другой. Поэтому твердеющую массу трамбуют, что значительно увеличивает ее прочность.

Тонкость помола высокообжигового гипса должна быть такой, чтобы остаток на сите с сеткой № 02 был не более 10%. Высокообжиговый гипс — медленно схватывающееся вяжущее вещество. Начало его схватывания должно наступать не ранее 2 ч от начала затворения. Процесс схватывания обычно протекает в течение 12—36 ч, его можно ускорить более тонким помолом или добавкой NaHS04, квасцов и некоторых других солей. Положительное влияние этих веществ, так же как и окиси кальция, проявляется в повышении растворимости высокообжигового гипса.

В зависимости от прочности на сжатие в МПа через 28 сут марки высокообжигового гипса: 10, 15, 20. Марки определяют по прочности образцов из раствора пластичной консистенции без песка (1:0). При испытании образцов, изготовленных трамбованием массы через 20 мин после ее затворения, прочность при сжатии должна не менее чем на 25% превышать прочность образцов из раствора пластичной консистенции.

Плотность высокообжигового гипса 2800—3000 кг/м3. Объемная масса его в рыхлом состоянии 900—1200 кг/м3, а в уплотненном — 1300— 1700 кг/м3. Затвердевший высокообжиговый гипс характеризуется высоким сопротивлением истиранию. Так же как и другие гипсовые вяжущие вещества, он белого цвета, что позволяет путем добавки к нему различных красителей получать цветные полы. В состав раствора можно также вводить куски пород различного цвета. Из такого материала можно изготовлять мозаичные полы. Из высокообжигового гипса можно делать штукатурные растворы для внутренних стен зданий, для бесшовных полов и подготовок под линолеум. Его можно использовать и для изготовления строительных деталей, искусственного мрамора, а также ряда других строительных целей.

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.

Ограничивают применение гипсовых вяжущих невысокая пластичность и водоудерживающая способность растворов. Для повышения пластичности гипса вводят известь (от 30 до 50%), в результате получается гипсоизвестковое вяжущее. Водостойкость может быть повышена за счет введения в гипс активных минеральных добавок, например, доменных гранулированных шлаков или зол ТЭЦ.

Особенно широкое распространение получило гипсоцементно-ггуццолановое вяжущее (ГЦПВ). Его получают путем тщательного смешения низкообжиговых гипсовых вяжущих, портландцемента и активной минеральной добавки. В зависимости от активности компонентов их содержание (% по массе) в ГЦПВ колеблется в пределах: гипсовое вяжущее – 50-60%, портландцемент – 20-25%, активные минеральные добавки — 15-25%. На гипсовых заводах с варочными котлами портландцемент и активные минеральные добавки можно вводить непосредственно в котел за несколько минут до окончания варки гипса. Начало схватывания должно наступать не ранее чем через 4 мин., а конец — не позднее 20 мин после начала затворения. Через 2—3 ч после изготовления прочность бетона на ГЦПВ достигает 30—40% от марочной прочности. При тепловлаж-ностной обработке при 70—80°С можно обеспечить бетонам прочность в пределах 70—90% марочной в течение 5—8 ч. Основное преимущество всех смешанных гипсовых вяжущих — это повышенная водостойкость по сравнению с исходным гипсом. Изделия из них во влажном состоянии обладают во много раз меньшим объемным расширением и ползучестью.

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%.