Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовыми вяжущими веществами называют тонкоизмельченные продукты термической обработки естественных или искусственных разновидностей сульфата кальция, способные при затворении водой схватываться, твердеть и превращаться в искусственный камень на воздухе.

Гипсовые вяжущие вещества делят на низкообжиговые (с температурой обжига 140-180º С) и на высокообжиговые (обожженные при 600 и 900ºС). К низкообжиговым относят строительный, формовочный, медицинский и технический гипс. К высокообжиговым- гипсоангидритовый цемент и высокообжиговый гипс, или эстрих-гипс.

Строительный гипс применяют главным образом в производстве гипсовой штукатурки, перегородочных стеновых плит и панелей, элементов заполнения междуэтажных перекрытий, для изготовления вентиляционных коробов и других строительных деталей в зданиях и сооружениях, работающих при относительной влажности воздуха ниже 65%. Гипс может служить также звукопоглощающим, огнезащитным и архитектурно-отделочным материалом, формовочный гипс - это основной материал, Йз которого изготовляют гипсовые формы в керамической промышленности. Его используют и как добавку при изготовлении расширяющихся цементов.

Медицинский гипс служит для наложения гипсовых повязок при костных переломах и для изготовления ортопедических корсетов.

Формовочный и медицинский гипс изготовляют из высококачественного гипсового камня, содержащего не менее 96% CaS0₄-2H₂0. В результате дегидратации сырья в варочных котлах получается полуводный гипс в модификации ?-полугидрата. Технический гипс является одной из составляющих частей смешанных вяжущих веществ, представляющих собой некоторые композиции, состоящие из полуводного гипса, портландцемента, пуццолановых добавок или гранулированных доменных шлаков. Он служит основным сырьем для изготовления строительных деталей повышенной прочности.

Низкообожженные гипсовые вяжущие вещества представляют собой продукт неполной дегидратации гипсового камня CaS0₄-2H₂0.

В соответствии с техническими условиями ГОСТ 125-70 строительный гипс делится на три сорта по тонкости помола и по величине предела прочности при сжатии. Тонкость помола, характеризуемая величиной остатка на сите № 02 (918 отв. на 1 см²), должна составлять для I сорта не более 15%, для II -не более 20% и для III - не более 30%. Величина предела прочности при сжатии стандартных образцов (половинок балочек), выдержанных в течение 1,5 ч с момента затворения гипса водой, должна быть для I сорта не менее 55 кГ/см², для II -не менее 45 кГ/см² и для III - 35 кГ/см². Начало схватывания для всех сортов должно наступать не ранее 4 мин, а конец -не ранее 6 и не позже 30 мин с момента затворения водой. Наличие в полуводном гипсе частичек двугидрата CaS0₄·2H₂0, а также повышение температуры до 40-50º С значительно сокращают сроки схватывания, а повышение до 90-100º С приводит к прекращению схватывания и твердения полутидрата. Сроки схватывания и твердения можно регулировать вводом NaCl, КО, NaN0₃ и других веществ, изменяющих растворимость CaSO₄·0,5H₂O в воде; вводом добавок CaS0₄·2H₂0 и СаНР0₄·2Н₂0, являющихся готовыми центрами кристаллизации для CaS0₄·2H₂0; вводом добавок, адсорбируемых поверхностью полугидрата (сульфитно-спиртовая барда, известково-клеевой замедлитель), изменяющих скорость образования кристаллических зародышей, и, наконец, вводом веществ, образующих на поверхности полугидрата защитные пленки.

Конец кристаллизации гипсового теста должен наступить не ранее 12 мин с момента образования его. Плотность полугидрата колеблется в пределах 2,6-2,75 г/см³, объемная масса в рыхлом состоянии составляет от 800 до 1100 кг/м³, а в уплотненном-] 1250-1450 кг/м³. Теоретическая водопотребность полугидрата - 18,6%, практическая - 50-70%; а для технического гипса - 30^ 40% от массы исходной навески. Получившийся в результате схватывания и твердения полуводного гипса гипсовый камень обладает высокой пористостью, достигающей 40-60% и более. С увеличением количества воды затворения пористость камня возрастает, а прочность его соответственно падает. Измельчение полуводнога гипса до удельной поверхности 2500-3000 см²/г приводит к повышению прочности камня.

Прочность гипсовых образцов, высушенных при температурах, не превышающих 60е С, в 2-2,5 раза выше прочности влажных образцов 1,5-часового возраста. Лучшие сорта гипса в сухом состоянии обладают прочностью на сжатие, равной 180-200 кГ/см², а высокопрочный технический гипс по СНиПу подразделяют на марки 200, 250, 300 и 400 (на образцах семидневного возраста). Прочность при растяжении в 6-8 раз меньше величины предела прочности при сжатии. Влажная среда значительно снижает прочность гипсовых изделий.

Коэффициент размягчения гипсовых изделий колеблется в пределах от 0,3 до 0,45.

При схватывании и твердении полуводный гипс расширяется в объеме от 0,5 до 1%. Благодаря этому гипсовые отливки хорошо заполняют форму и точно передают ее очертания.

Изделия из полуводного гипса в воздушно-сухой среде долговечны, во влажной среде, особенно при многократном попеременном замораживании и оттаивании, разрушаются.

Сырьем для получения низкообжиговых гипсовых вяжущих веществ служит гипсовый камень двугидрат CaS0₄·2H₂0. В зависимости от содержания двугидрата в породе Гипсовый камень от носится к I сорту, если количество CaS0₄·2H₂0 в нем составляет не менее 90%, ко II -при 75% и к III -при 65%.

Производство строительного гипса состоит из дробления, тонкого помола и термической обработки гипсового камня. Осуществляется это в шахтных или аэробильных мельницах с последующей термической обработкой измельченного полупродукта в гипсоварочных котлах или путем совместного помола и дегидратации гцпсового камня в шаровых мельницах.

По первой схеме гипсовый камень в виде каменных глыб или крупных кусков подвергается одно- или двухстадийному дроблению. При одностадийном дроблении каменные глыбы и куски величиной 300-500 мм сразу измельчают в крупных молотковых дробилках в щебенку величиной до 25 см в поперечнике. При двухстадийном измельчении грубое дробление от 300-500 мм осуществляется с помощью щековых дробилок. Дальнейшее измельчение до 15 мм проводится в молотковых дробилках. Помол гипсового камня и одновременная сушка проводится в шахтных, аэробильных и роликовых мельницах, куда вместе с размалываемым материалом поступают горячие газы с температурой 200-400º С. Они омывают размалываемый материал, высушивают и частично дегидратируют его, а затем уносят из мельницы в специальные пылеосадительные устройства (обычные и батарейные циклоны).

Осажденные в циклонах продукты помола поступают в расходные бункера гипсоварочных котлов.

Полное превращение размолотого гипсового камня в полугидрат производится в обычных или в жаротрубных гипсоварочных котлах.

Продолжительность дегидратации гипсового камня в котлах зависит от размеров и емкости котла, от степени сушки, тонкости помола порошка и т. д. Она может колебаться от 50 мин до 2,5 ч. Производительность гипсоварочных котлов составляет до 1000 кг/ч на 1 м³ емкости котла. Расход условного топлива на варку в гипсоварочных котлах в среднем составляет 5-7% от веса обожженного продукта.

Сваренный гипс поступает из котла в расположенный рядом бункер томления, где и выдерживается в течение 24 ч. Иногда обожженный продукт подвергают вторичному помолу в шаровых мельницах. При этом необезвоженные частички измельчаются и дегидратируются, а обезвоженный ангидрит присоединяет к себе выделяющуюся при этом влагу и превращается в полугидрат.

По второй схеме полуводный гипс получают в установках для совместного помола и обжига гипсового камня.

Установка состоит из приемного бункера, куда загружают поступающий гипсовый камень, питателя и щековой дробилки, в которой камень подвергают грубому дроблению. Затем раздробленный камень по транспортеру через воронку направляется в молотковую дробилку. Измельченный в ней до 10-15 мм щебень элеватором и питателем подается в расходный бункер, откуда поступает в шаровую мельницу. В мельницу одновременно со щебнем из специального подтопка подаются дымовые газы с температурой 600-700º С, где происходит одновременно помол и дегидратация размолотого материала. Дегидратированный полуводный гипс выносится из мельницы газовым потоком в сепаратор, в котором отделяются крупные частицы.

Основная масса дегидратированного полуводного гипса поступает в пылеосадительные устройства, а выделенные в сепараторе крупные частицы шнеком подаются обратно в мельницу. Из пылеосадительных устройств полугидрат системой транспортеров подается в бункер готовой продукции. Очищенные газы выбрасываются в атмосферу. Следует заметить, что на установках, оборудованных тихоходными шаровыми мельницами, получается продукт более высокого качества, чем на быстроходных.

Технический высокопрочный полуводный гипс?-модификации отличается от обыкновенного строительного полуводного гипса ?-модификации, во-первых, тем, что он кристаллизуется в виде хорошо образованных крупных прозрачных игл или призм, для получения нормального теста требует меньшего количества воды, схватывается несколько медленнее, но зато в конечном итоге образует более прочный камень (500-600 кГ/см²). Изготовляют его из природного гипсового камня, содержащего не менее 90% CaS0₄·2H₂0. Дегидратация сырья проводится либо в автоклавах в среде насыщенного пара при 120-140º С под давлением 1.3- 1,5 ат с последующей сушкой полуводного продукта, либо путем кипячения сырья при атмосферном давлении в водных растворах солей СаС1₂, MgCl₂, Na₂C0₃, NaCl и др. Полученный таким образом полуводный гипс отцеживается или отделяется от жидкой среды центрифугированием, затем сушится сначала при 110º С, а затем при 70-80º С и после высушивания размалывается в порошок с остатком на сите № 008, не превышающим 5-10%. Водопотребность высокопрочного полуводного гипса составляет 30-35%.