Сырье для получения и принципы производства гипсовых вяжущих

В качестве сырья для производства неорганических вяжущих веществ являются различные горные породы, а также некоторые массовые побочные продукты металлургической, энергетической, химической и других отраслей промышленности (шлаки, золы и т. д). Для изготовления гипсовых вяжущих веществ применяют горные породы, состоящие из двуводного гипса и ангидрита.

Производство магнезиальных вяжущих базируется на природном магнезите и доломите.

Карбонатные горные породы в виде известняков, мела, доломитов и мергелей являются основой для получения воздушной и гидравлической извести, романцемента, портландцемента. В производстве портландцемента и его разновидностей чаще используют искусственные смеси известняков или мела и глинистых пород. Для этой же цели, а также для получения смешанных клинкерных и бесклинкерных цементов применяют кремнеземистые горные породы (диатомит, трепел, опоку, вулканические трассы и туф).

Широко используют для изготовления различных вяжущих веществ массовые отходы промышленности (доменные и другие металлургические шлаки, шлаки и золы от пылевидного сжигания различных видов твердого топлива, нефелиновый шлам и т. п.) При этом отпадает необходимость организации карьеров, они не требуют топлива на обжиг, многие из этих материалов к тому же находятся в рыхлом или порошкообразном состоянии, что уменьшает расходы энергии на размол. Кроме того, использование отходов способствует охране природы и среды обитания.

Гипсовые вяжущие вещества – это порошкообразные материалы, состоящие из полуводного гипса СаSO₄·0,5Н₂О и получаемые путем тепловой обработки при температуре в пределах 105-180 °С тонко измельченного природного двуводного гипса СаSO₄·2Н₂О или гипсосодержащих техногенных отходов (вторичных ресурсов)

Гипсовые вяжущие вещества в зависимости от температуры тепловой обработки сырья разделяют на две группы: низкообжиговые и высокообжиговые.

Твердение строительного гипса. При затворении полуводного гипса водой образуется пластичное тесто, которое быстро загустевает и переходит в камневидное состояние. Процесс твердения полуводного гипса происходит в результате гидратации полуводного гипса, т, е, присоединения к нему воды и перехода его в двуводный гипс СаSO₄·0,5Н₂О+1,5Н₂О=СаSO₄ 2Н₂О.

Механизм твердения полугидрата можно условно разделить на три этапа.

Согласно теории А. А. Байкова, процесс твердения можно разделить на три периода.

В первый период, начинающийся с момента смешивания гипса с водой, полуводный гипс растворяется. Одновременно он гидратируется, присоединяя 1,5 молекулы воды и превращаясь в двуводный гипс. Так как двуводный гипс значительно менее растворим, чем полуводный, то образовавшийся вначале насыщенный раствор полуводного гипса становится пересыщенным по отношению к двуводному гипсу, и тот выпадает из раствора.

Во втором периоде вода взаимодействует с полуводным гипсом с прямым присоединением ее к твердому веществу. Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде мельчайших кристаллических частичек и к образованию коллоидной массы — геля. При этом происходит схватывание массы.

В третьем периоде коллоидные частички двуводного гипса перекристаллизовываются с образованием более крупных кристаллов, которые срастаются между собой с образованием кристаллических сростков, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности. Однако рассмотренные периоды не протекают в строгой последо­вательности, а налагаются один на другой.

Свойства строительного гипса. Строительный гипс представляет собой порошок белого цвета; плотность его в рыхлом состоянии колеблется в пределах 800— 1100 кг/м³, а в уплотненном —1250—1450 кг/м³ истинная плотность 2,5—2,8 г/см³. Он является быстросхватывающимся и быстро твердеющим вяжущим веществом, к основным свойствам которого относят водопотребность, сроки схватывания, тонкость помола и предел прочности при сжатии и изгибе. Перечисленные свойства определяют по ГОСТ 23789.

Тонкость помола гипсовых вяжущих оценивают по остатку при просеивании пробы массой 50 г, на сите с отверстиями размером 0,2 мм. Тонкость помола определяют в процентах как отношение массы вяжущего, оставшегося на сите, к массе первоначальной пробы.

Стандартная консистенция (нормальная густота) гипсового теста характеризуется диаметром расплыва гипсового теста, вытекающего из полого цилиндра без дна с внутренним диаметром 50 мм и высотой 100 мм (вискозиметра Суттарда), при его поднятии. Диаметр расплыва должен быть (180±5) мм. При этом строго регламентируется время эксперимента – 45 с.

Стандартную консистенцию выражают в процентах как отношение массы воды, необходимой для получения гипсового теста указанной удобоукладываемости, к массе гипсового вяжущего в граммах.

Для получения теста нормальной густоты необходимо 35—80 % воды по массе гипса.

Гипсовое тесто стандартной консистенции в дальнейшем используют для определения сроков схватывания и предела прочности гипсовых вяжущих.

Сроки схватывания гипсового теста определяют на приборе Вика по глубине погружения иглы в гипсовое тесто.

Начало схватывания определяют промежутком времени с момента затворения водой до момента, когда свободно опущенная игла при погружении в тесто не дойдет до поверхности пластинки на 1-2 мм, а конец схватывания – когда игла погружается на глубину не более 1 мм. Сроки схватывания – в минутах.

Прочность гипса характеризуется пределом прочности при сжатии образцов-балочек размером 40х40х160 мм из гипсового теста нормальной густоты, испы­танных через 2 ч после изготовления.

По пределу прочности при сжатии установлено 12 марок гипса: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25.

Применение строительного гипса. Строительный гипс применяют для производства перегородочных плит и па­нелей, гипсокартонных листов, вентиляционных коробов и других изделий и деталей, используемых в конструк­циях зданий и сооружений при относительной влажности воздуха не более 60%. Из строительного гипса изготов­ляют гипсовые и известково-гипсовые штукатурные рас­творы, декоративные, теплоизоляционные и отделочные материалы, а также различные архитектурные детали методом отливки.