Быстрое схватывание гипса затрудняет в ряде случаев его использование и вызывает необходимость применения замедлителей схватывания (кератинового, известково-кератинового клея, сульфитно-дрожжевой бражки в количестве 0,1...0,3% от массы гипса). Замедлители схватывания уменьшают скорость растворения полуводного гипса и замедляют диффузионные процессы. При необходимости ускорить схватывание гипса к нему добавляют двуводный гипс, поваренную соль, серную кислоту. Одни из них повышают растворимость полуводного гипса, другие (дву
водный гипс) образуют центры кристаллизации, вокруг которых быстро закристаллизовывается вся масса.
Применяется гипсовое вяжущее для производства гипсовых и гипсобетонных строительных изделий для внутренних частей зданий (перегородочных плит, панелей, сухой штукатурки, приготовления гипсовых и смешанных растворов, производства декоративных и отделочных материалов, например искусственного мрамора), а также для производства гипсоцементно-пуццолано- вых вяжущих.
Ф Высокопрочный гипс является разновидностью полуводного гипса. Этот полуводный гипс a-модификации, который имеет более крупные кристаллы, обусловливающие меньшую водопотреб- ность гипса (40...45% воды), позволяет получать гипсовый камень с большей плотностью и прочностью. Получают его путем нагревания природного гипса паром под давлением 0,2...0,3 МПа с последующей сушкой при температуре 160...180°С. Прочность его за 7 сут достигает 15...40 МПа. Высокопрочный гипс выпускают пока в небольшом количестве и применяют в основном в металлургической промышленности для изготовления форм. Однако он успешно может заменить обыкновенное гипсовое вяжущее, обеспечив изделиям высокую прочность.
• Формовочный гипс состоит в основном из кристаллов р-модификации и незначительного количества примесей. Он обладает повышенной водопотребностью, а будучи затвердевшим, имеет высокую пористость. Это свойство формовочного гипса успешно используется в керамической и фарфорофаянсовой промышленности для изготовления форм.
§ 5.2. Свойства и применение низкообжиговых гипсовых вяжущих веществ
® Основными характеристиками гипсовых вяжущих являются сроки схватывания, тонкость помола, прочность при сжатии и растяжении, водопотребность и др.
Гипсовое вяжущее является быстросхватывающим и быстро- твердеющим вяжущим веществом. По срокам схватывания ГОСТ 125—79 предусматривает выпуск вяжущих: быстротвер- деющего (индекс А) с началом схватывания не ранее 2 мин, концом — не позднее 15 мин; нормальнотвердеющего (индекс Б) с началом схватывания не ранее б мин, концом — не позднее 30 мин; медленнотвердеющего (индекс Б) с началом схватывания не ранее 20 мин, конец схватывания не нормируется.
В зависимости от степени помола различают 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% (обозначаемые соответственно индексами I, II и III).
Марку. гипсовых вяжущих характеризуют по прочности при сжатии образцов-балочек 40X40X^60 мм в возрасте 2 ч после затворения водой. Минимальный предел прочности каждой марки должен соответствовать значениям, приведенным в табл. 5.1 Четкое индексирование различных сортов гипсовых вяжущцх позволяет давать большой объем информации в сокращенной форме. Например, гипсовое вяжущее с прочностью при сжатии 5,2 МПа, началом схватывания 5 мин, концом схватывания 9 мин и остатком на сите 0,2 мм 9%, т. е. вяжущее марки Г-5, быстротвердеющее, среднего помола, может быть записано в виде сокращенного обозначения Г-5АП.
Таблица 5.1. Применяемые значения предела прочности каждой марки гипсового вяжущего
|
Чтобы получить гипсовое удобоукладываемое тесто, необходимо взять 60...80% воды от массы вяжущего, а на химическую реакцию гидратации требуется лишь 18,6% воды. Избыток ее остается в порах, затем испаряется, поэтому получившийся в результате твердения полуводного гипса гипсовый камень обладает высокой пористостью, достигающей 40...60% и более. Чем больше воды затворения, тем выше пористость камня, а прочность его соответственно меньше. Прочность гипсовых образцов, высушенных при температуре до 60°С, в 2...2,5 раза выше прочности влажных образцов после 1,5 ч твердения. Лучшие сорта гипса после сушки имеют прочность при сжатии 18...20 МПа, а прочность при растяжении в 6...8 раз меньше.
При твердении гипс расширяется в объеме до 1%, благодаря чему гипсовые отливки хорошо заполняют форму и передают ее очертания. При его высыхании трещин не образуется, что позволяет применять гипсовое вяжущее без заполнителей.
Гипсовое вяжущее в воде снижает свою прочность вследствие растворения двугидрата и разрушения кристаллического сростка. Водостойкость его может быть повышена введением неболь- ших количеств гидрофобных веществ (олеиновой кислоты и др.), добавкой молотого гранулированного шлака, извести, портландцемента.
Наряду с гипсовыми вяжущими общестроительного назначения выпускаются вяжущие для фарфорофаянсовой и керамической промышленности, к которым предъявляется ряд дополнительных требований: объемное расширение — не более 0,15%, примесей, нерастворимых в НС1, — не более 1%, водопоглощение — не менее 30%.
Гипсовые вяжущие применяют при производстве гипсовой штукатурки, перегородочных стеновых плит и панелей, вентиляционных коробов и других деталей в зданиях и сооружениях, работающих при относительной влажности воздуха не выше 65%. Изделия из них обладают небольшой плотностью, несгораемостью и рядом других ценных свойств, но при увлажнении прочность их снижается.
Для гипсовых строительных изделий всех видов рекомендуются марки Г-2...Г-7 всех сроков твердения и степеней помола; для тонкостенных строительных изделий и декоративных деталей может использоваться гипс тех же марок, но только тонкого и среднего помола, быстрого и нормального твердения. При штукатурных работах и заделке швов применяют марки Г-2...Г-25 нормального и медленного твердения. Гипс марок Г-5...Г-25 нормального и медленного твердения. Гипс марок Г-5...Г-25 тонкого помола с нормальными сроками твердения служит для изготовления форм и моделей в керамической, машиностроительной промышленности, а также в медицине.
§ 5.3. Ангидритовые вяжущие вещества
• Ангидритовое вяжущее получают обжигом природного двуводного гипса при температуре 600...700°С с последующим его измельчением с добавками — катализаторами твердения (известью, смесью сульфата натрия с медным или железным купоросом, обожженным доломитом, основным доменным гранулированным шлаком и др.). Ангидритовое вяжущее можно получить также путем помола природного ангидрита с указанными выше добавками.
Ангидритовое вяжущее было предложено П. П. Будниковым следующего состава: известь — 2...5%; смесь бисульфата или сульфата натрия с железным или медным купоросом — по 0,5... 1% каждого; доломит, обожженный при 800...900°С, — 3...8%, основной гранулированный доменный шлак—10...15%. Железный и медный купоросы уплотняют поверхность затвердевшего ангидритового цемента, вследствие чего катализаторы не выделяются и не образуют выцветы на поверхности изделия. Действие катализаторов объясняется тем, что ангидрит обладает способностью образовывать комплексные соединения с различными солями в воде неустойчивого сложного гидрата, который затем распадается, образуя Са804-2Нг0.
Ангидритовый цемент — это медленно схватывающееся вяжущее вещество с началом схватывания не ранее 30 мин, концом — не позднее 24 ч. Марки ангидритового цемента по прочности при сжатии М50, 100, 150 и 200. Применяют ангидритовые цементы Для приготовления кладочных и отделочных растворов, бетонов, производства теплоизоляционных материалов, искусственного мрамора и других декоративных изделий.
• Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс) является разновидностью ангидритовых цементов. Его получают обжигом природного гипса или ангидрита при температуре 800..Л000°С с последую-
1дим тонким измельчением. При этом происходит не только полное обезвоживание, но и частичная диссоциация (разложение) ангидрита с образованием СаО (в количестве 3...5%) по реакции CaSCU = СаО + S03. При затворении водой СаО действует как катализатор по схеме твердения ангидритового цемента, рассмотренной выше. Высокообжиговый гипс медленно схватывается и твердеет, но водостойкость и прочность при сжатии (10... 20 МПа) позволяют успешно использовать его при устройстве мозаичных полов, изготовлении искусственного мрамора и др. Изделия из высокообжигового гипса мало-, тепло- и звукопро- водны, они обладают по сравнению с изделиями из гипсового вяжущего более высокой морозостойкостью, повышенной водостойкостью и меньшей склонностью к пластическим деформациям.
§ 5.4. Экономика производства гипсовых вяжущих веществ
Производство гипсовых вяжущих веществ с каждым годом увеличивается.
Себестоимость товарного гипса составляет в среднем около 12 руб. за 1 т и существенно колеблется на различных заводах. При этом решающим фактором является степень концентрации производства: на более крупных и технически оснащенных предприятиях со среднегодовой мощностью более 100 тыс. т себестоимость гипса почти в 2 раза ниже, чем на мелких (табл. 5.2).
Таблица 5.2. Группировка гипсовых предприятий по себестоимости
|
Как видно из табл. 5.2, около 40% гипса выпускают предприятия среднегодовой мощности до 100 тыс. т. Большие коле- бания себестоимости (в 2...4 раза) свидетельствуют о значительных резервах ее снижения.
В табл. 5.3 приведена структура себестоимости гипса по отдельным заводам.
Обращает на себя внимание высокий удельный вес затрат на сырье и вспомогательные материалы (33,0...53,9%) и на заработную плату с начислениями (23,6...36,8%).
Себестоимость гипса заводов, работающих на привозном сырье, по данным ВНИИСтрома, примерно в 1,5 раза превышает уровень себестоимости гипса заводов, работающих на собствен-
Статьи затрат |
| Заводы |
|
Орловский | Московский | Курский | |
Сырье и основные мате | 50,0 | 53,9 | 33,0 |
риалы | 3,6 | 1,2 | 2,8 |
Вспомогательные мате | |||
риалы | 4,5 |
| 12,2 |
Топливо | ■6,9 | ||
Электроэнергия | 4,1 | зд | 4,3 |
Амортизация | 7,4 | 7,4 | 9,6 |
Зарплата с начислениями | 27,0 | 23,6 | 36,8 |
Прочие расходы | 3,4 | 3,9 | 1,3 |
Итого | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
ном сырье; при этом затраты на сырье и материалы различаются в 3...3,5 раза.
Большие резервы заключены в снижении трудоемкости производства путем механизации и автоматизации производственных процессов.
Перспективы массового применения гипсовых изделий определяются в значительной степени наличием основного сырья — гипсовым камнем, а также пригодностью месторождений к промышленной эксплуатации.
Имеющиеся промышленные запасы сырья (около б млрд. т) достаточны как для обеспечения действующего производства гипсовых вяжущих и изделий,так и для его дальнейшего развития в целях полного удовлетворения потребностей строительства в этих эффективных видах продукции.
§ 5.5. Магнезиальные вяжущие вещества
Разновидностями магнезиальных вяжущих веществ являются каустический магнезит и каустический доломит.
• Каустический магнезит получают при обжиге горной породы магнезита MgCCb в шахтных или вращающихся печах при 650... 850°С. В результате MgC03 разлагается по схеме MgC03 = = Mg0 + C02. Оставшееся твердое вещество (окись магния) измельчают в тонкий порошок.
• Каустический доломит MgO и СаСОз получают путем обжига природного доломита CaC03-MgC03 с последующим измельчением его в тонкий порошок. При обжиге доломита СаСОз не разлагается и остается инертным как балласт, что снижает вяжущую активность каустического доломита по сравнению с каустическим магнезитом.
Магнезиальные вяжущие затворяют не водой, а водными рас-
творами солей сернокислого или хлористого магния. Магнезиал ные вяжущие, затворенные на растворе хлористого магния, да~ большую прочность, чем на растворе сернокислого магния. Магнезиальные вяжущие, являясь воздушными, слабо сопротивляются действию воды. Их можно использовать только при затвердении на воздухе с относительной влажностью не более 60%. Каустический магнезит легко поглощает влагу и углекислоту из воздуха, в результате чего образуются гидрат оксида магния и углекислый магний. В связи с этим каустический магнезит хранят в плотной герметической таре. На основе магнезиальных вяжущих в прошлом времени изготовляли ксилолит (смесь вяжущего с опилками), используемый для устройства полов, а также фибролит и другие теплоизоляционные материалы. В настоящее время применение магнезиальных вяжущих резко сократилое
§ 5.6. Кислотоупорные цементы
• Кислотоупорные цементы состоят из смеси водного раствора силиката натрия (растворимого стекла), кислотоупорного наполнителя и добавки — ускорителя твердения. В качестве микронаполнителя используют кварц, кварциты, андезит, диабаз и другие кислотоупорные материалы; ускорителем твердения служит кремнефтористый натрий. Вяжущим материалом в кислотоупорном цементе является растворимое стекло — водный раствор силиката натрия Na20-Si02 или силиката калия КгО-гсЭЮг. Величина п указывает на отношение числа молекул кремнезема к числу молекул щелочного оксида и называется модулем стекла, он колеблется от 2,5 до 3,5.
Добавка кремнефтористого натрия также повышает водостойкость и кислотоупорность цемента. Отечественная промышленность выпускает кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент, состоящий из смеси тонкомолотого чистого кварцевого песка 15...30% и кремнефтористого натрия Na2SiFe — 4...6% от массы наполнителя.
Кислотоупорные цементы применяют для футеровки химической аппаратуры, возведения башен, резервуаров и других сооружений химической промышленности, а также для приготовления кислотоупорных замазок, растворов и бетонов.
Как указывалось ранее, для приготовления кислотоупорного цемента применяют растворимое стекло. Растворимое с текло получают при сплавлении в течение 7... 10 ч в стекловарочных печах при 1300... 1400°С кварцевого песка, измельченного и тщательно смешанного с кальцинированной содой, сульфатом натрия или с поташом К2СОз. Полученная стекломасса поступает из печи в вагонетки, где быстро охлаждается и распадается на куски. Застывшие куски называют «силикат-глыба». Это стекло растворимо в воде при обычных условиях, но при действии пара высокого давления 0,5...0,6 МПа и температуре около 150°С сравнительно быстро переходит в жидкое состояние.
Твердеет растворимое стекло (довольно медленно) только на в03духе вследствие выделения и высыхания аморфного кремнезема под действием углекислоты воздуха по реакции
Na2Si03 -|- С02 -|- 2Н20 —► Si (ОН) 4 -|- Ыа2СОз
Однако глубина проникания углекислоты воздуха сравнительно невелика и положительное ее действие наблюдается только на поверхности.
Ускоряет твердение растворимого стекла добавка катализатора — кремнефтористого натрия Na2SiF6. Последний вступает во взаимодействие с растворимым стеклом, в результате чего быстро образует гель кремнекислоты — клеящее вещество, что приводит к быстрому твердению системы:
Na2SiF6 + 2Na2Si03 + 6Н20 6NaF + 3Si (ОН) 4
Силикат-глыбу можно транспортировать в таре или навалом. Растворимое стекло, имеющее сиропообразную консистенцию, транспортируют в бочках, стеклянных баллонах. Растворимое стекло применяют для приготовления кислотостойких и жароупорных обмазок. Нельзя применять растворимое стекло для конструкций, подверженных длительному воздействию воды, щелочей и фосфорной, фтористо-водородной или кремнефтористоводородной кислоты.
Кислотоупорный цемент не водостоек; разрушается от воздействия воды и слабых кислот. Для повышения водостойкости в состав цемента вводят 0,5% льняного масла или 2% гидрофоби- зующей добавки. Полученный таким образом гидрофобизован- ный цемент называют кислотоупорным водостойким цементом (КВЦ).
Для повышения кислотостойкости кислотоупорных бетонов рекомендуется обрабатывать их поверхность разбавленной соляной или серной кислотой, раствором хлористого кальция или хлористого магния.
§ 5.7. Строительная известь
• Строительную известь получают путем обжига (до удаления углекислоты) из кальциево-магниевых горных пород — мела, известняка, доломитизироваиных и мергелистых известняков, доломитов.
Для производства тонкодисперсной строительной извести гасят водой или размалывают негашеную известь, вводя при этом минеральные добавки в виде гранулированных доменных шлаков, активные минеральные добавки или кварцевые пески. Строительную известь применяют для приготовления строительных растворов и бетонов, вяжущих материалов и в производстве искусственных камней, блоков и строительных деталей.
В зависимости от условий твердения различают строительную известь воздушную, обеспечивающую твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности в воздушно, сухих условиях, и гидравлическую, обеспечивающую твердение растворов и бетонов и сохранение ими прочности как на воздухе так и в воде. Воздушная известь по виду содержащегося в ней основного оксида бывает кальциевая, магнезиальная и доломитовая. Воздушную известь подразделяют на негашеную и гидрат- ную (гашеную), получаемую гашением кальциевой, магнезиальной и доломитовой извести. Гидравлическую известь делят на слабогидравлическую и сильногидравлическую. Различают гидравлическую известь комовую и порошкообразную. Порошкообразная известь бывает двух видов: молотая и гидратная (гашенная вода). Комовую известь выпускают без добавок и с добавками.
Строительную негашеную известь по времени гашения делят на быстрогасящуюся — не более 8 мин, среднегасящуюся — не более 25 мин, медленногасящуюся — более 25 мин.
• Строительную воздушную известь получают из кальциевомагниевых карбонатных пород. Технологический процесс получения извести состоит из добычи известняка в карьерах, его подготовки (дробления и сортировки) и обжига. После обжига производят помол комовой извести, получая молотую негашеную известь, или гашение комовой извести водой, получая гашеную известь.
Основным процессом при производстве извести является обжиг, при котором известняк декарбонизуется и превращается в известь по реакции СаСОз СаО + С02. Диссоциация карбонатных пород сопровождается поглощением теплоты (1 г-моль СаСОз требует для.разложения примерно 190 кДж). Реакция разложения углекислого кальция обратима и зависит от температуры и парциального давления углекислого газа. Диссоциация углекислого кальция достигает заметной величины при температуре свыше 600°С. Теоретически нормальной температурой диссоциации считают 900°С. В заводских условиях температура обжига известняка зависит от плотности известняка, наличия примесей, типа печи и ряда других факторов и составляет обычно 1100...1200°С.
При обжиге из известняка удаляется углекислый газ, составляющий до 44% его массы, объем же продукта уменьшается примерно на 10%, поэтому куски комовой извести имеют пористую структуру. Обжиг известняка производят в различных печах: шахтных, вращающихся, в «кипящем слое», во взвешенном состоянии и т. д. Наибольшее распространение получили экономичные по расходу топлива шахтные пересыпные известеобжигательные печи, однако известь в них оказывается загрязненной золой топлива.
Шахтная печь (рис. 5.3) состоит из шахты, загрузочного и выгрузочного устройства, воздухоподводящей и газоотводящей аппаратуры. Известняк в шахтную печь загружают периодически или непрерывно сверху. Материал по мере выгрузки извести
опускается вниз, и навстречу обжигаемому материалу просачиваются горячие дымовые газы. По характеру процессов, протекающих в шахтной печи, различают зоны подогрева, обжига и охлаждения. В зоне подогрева в верхней части печи с температурой печного пространства не выше 900°С известняк подсушивается, подогревается и в нем выгорают органические примеси.
В средней части печи — в зоне обжига, где температура дости
гает 900...1200°С, — происходит разложение СаС03 и выделение углекислого газа. В нижней части печи — зоне охлаждения — известь охлаждается поступающим снизу воздухом с 900 до
50...Ю0°С.
Газовые печи позволяют получить «чистую» известь, они проще в эксплуатации, процесс обжига в них можно механизировать и автоматизировать.
Во вращающихся печах получают известь высокого качества, но при этом расходуется много топлива.
Имеют применение высокопроизводительные агрегаты с обжигом в «кипящем слое». Обжиг в «кипящем
Рис. 5.4. Схема установки для обжига извести в «кипящем слое»; / — подача сжатого воздуха; 2 — воздушная коробка с непровальной решеткой; 3 — горелки; 4 — загрузка известняка; 5 — отвод отходящих газов на очистку; 6 — решетчатый свод; 7 — переливная труба; 8 — выгрузка обожженной нз- |
слое» (рис. 5.4) производят в реакторе, представляющем собой металлическую шахту, отфутерованную внутри и разделенную по высоте решетчатыми сводами на 3...5 зон. Передача материала из зоны в зону производится через трубки, имеющие ограничитель. Высота «кипящего слоя» определяется от обреза переливной трубки до решетки. По периферии реактора имеются горелки для газа или мазута. Многозонность реактора позволяет получать известь высокого качества при небольшом расходе топлива. Полученный при обжиге карбонатных пород полупродукт носит название комовой извести-кипелки. В дальнейшем она поступает на помол или гашение.
• Молотая негашеная известь с добавками производится 1-го и 2-го сортов и гидратная (гашеная) без добавок и с добавками двух сортов: 1-го и 2-го. Воздушная известь должна удовлетворять требованиям табл. 5.4.
В соответствии с требованиями ГОСТ 9179—77 негашеную известь следует измельчать до тонкости, при которой остаток при просеивании пробы через сита № 02 и № 008 должен быть соответственно не более 1,5 и 15%. Обычно заводы выпускают известь, характеризующуюся остатками на сите № 008 до 2...7%, что примерно соответствует удельной поверхности 3500... 5000 см2/г.
Таблица 5.4. Технические требования к воздушной извести
|
* В скобках указано содержание MgO для доломитовой извести. |
Молотую негашеную известь транспортируют в герметически закрытых металлических контейнерах или в бумажных битумини- зированных мешках. Хранить молотую известь до упртребления можно не более 10...15 сут в сухих складах.
При работах с известью необходимо соблюдать требования по охране труда. Попадание частиц молотой извести в легкие, а также на слизистые оболочки, особенно глаз, опасно.
Молотую негашеную известь применяют без ее предварительного гашения, что имеет ряд преимуществ: исключаются отходы в виде непогасившихся зерен, используется тепло, которое выделяется при гидратации извести, что ускоряет процессы твердения извести. Изделия из этой извести имеют и большую плотность, прочность и водостойкость.
Для ускорения твердения растворных и бетонных смесей на молотой негашеной извести в их состав вводят хлористый кальций, а для замедления твердения в начальный период (схватывания) добавляют гипс, серную кислоту и сульфитно-спиртовую барду. Добавка гипса и хлористого кальция, кроме того, повышает прочность растворов и бетонов, а добавки замедлителей твердения предупреждают образование трещин, что возможно при отсутствии определенных условий твердения.
• Гидратная известь. Известь воздушная отличается от других вяжущих веществ тем, что может превращаться в порошок не только при помоле, но и путем гашения — действие воды на куски комовой извести с выделением значительного количества тепла по реакции
Са0 + Н20 = Са(0Н)2 + 65,5 кДж.
1 г-моль СаО выделяет 65,5 кДж тепла, 1 кг извести-кипел- ки — 1160 кДж.
Стехиометрически для гашения извести в пушонку необходимо 32% воды от массы СаО. Практически в зависимости от состава извести, степени ее обжига и способа гашения количество воды берут в 2, а иногда и в 3 раза больше, так как в результате выделения тепла при гашении происходит парообразование и часть воды удаляется с паром. На скорость гашения извести оказывают влияние температура и размеры кусков комовой извести. С повышением температуры ускоряется процесс гашения. Особенно быстро процесс гашения протекает при гашении паром при повышенном давлении в закрытых барабанах.
Дата добавления: 2015-10-21; просмотров: 30 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
