Гипсовые вяжущие
Гипсовые вяжущие вещества это воздушные вяжущие вещества состоящие преимущественно из полуводного гипса и получаемые путем тепловой обработки гипсового камня при температуре 150…160 °С.
Изготавливаются гипсовые вяжущие вещества из гипсового камня содержащий в основном двуводный гипс ( CaSO4 • 2H2O), ангидрита (CaSO4) и некоторых отходов химической промышленности (содержащие в основном безводный или двуводный сульфат кальция). При этом двуводный гипс ( CaSO4 • 2H2O), содержащийся в гипсовом камне, дегидратирует по уравнению CaSO4·2H2O=CaSO4·0,5H2O+1,5H2O.
В этих условиях образуются мелкие кристаллы полуводного сернокислого кальция β-модификации. Такой гипс обладает повышенной водопотребностью ( 60…65% воды). Избыточная вода , то есть сверхпотребная на гидратацию гипса (15%), испаряется образуя поры , вследствие чего затвердевший гипс имеет высокую пористость (до 40%) и соотвественно небольшую прочность.
Гипсовые вяжущие вещества делят в основном на две группы: низкообжиговые и высокообжиговые. Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества получают при нагревании двуводного гипса CaSO4·2H2O до температуры 150…160°С с частичной дегидратациейдвуводного гипса и переводом его в полуводный гипс CaSO4·0,5H2O.
Высокообжиговые ( ангидритовые) вяжущие получают путем обжига двуводного гипса при высокой температуре (700…1000°С), с полной потерей химически связанной воды и образованием безводного сульфата кальция -ангидрита CaSO4.
К низкообжиговым относят строительный гипс, высокопрочный гипс, формовочный гипс. К высокообжиговым относят агидритовый цемент и эстрих-гипс.
Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества:
Низкообжиговые вяжущие вещества получают тепловой обработкой природного гипса при низких температурах (110-180°С).Они состоят в основном из полуводного гипса, так как дегидратация сырья при указанных температурах приводит к превращению двуводного гипса в полугидрит( CaSO4·0,5H2O).
К низкообжиговым гипсовым вяжущим веществам относят:
1. Строительный гипс,
2. Высокопрочный гипс.
3.Формовочный гипс.
В природном гипсе как правило присутствуют примеси глины, известняка, песка и других веществ то есть природный гипс без примесей почти не встречается. Качество строительного гипса существенно снижается если сырье содержит повышенное количество примесей. Таким образом совершенно не допустимо содержание примесей в сырье для производства технического,формовочного и медицинского гипса.
Читать далее на http://stroivagon.ru технология производства гипса
♣ Строительный гипс
Получают строительный гипс путем термической обработки природного гипса по реакции:
CaSO4•H2O→CaSO4•0,5H2O+1,5H2O.
Эта реакция протекает быстро при температуре 140…190°С. Строительный гипс сегодня могут производить несколькими способами отличающиеся методами обжига. Гипс могут обжигать в кольцевых, шахтных, камерных и во вращающихся печах. Полученный в результате обжига гипсовый камень измельчают. Наиболее приемлемым методом получения строительного гипса на сегодняшний день является способ совмещенного помола и обжига гипсового камня так как этот метод позволяет максимально механизировать весь производственный процесс.
Таблица№1. Марки гипсовых вяжущих в зависимости от предела прочности на сжатие( σсж) и на изгиб ( σизг)
Марки гипсовых вяжущих зависят от предела прочности на сжатие( σсж) и на изгиб ( σизг) половинок стандартных балочек размерами 40 х 40 х 160 мм в возрасте 2 ч. В воздушно-сухом состоянии прочность гипсовой отливки увеличивается примерно вдвое.
В зависимости от степени помола различают гипсовые вяжущие вещества:
1. Грубого помола (максимальный остаток на сите с сеткой № 02-23%).
2. Среднего помола (с остатком -до 14 %).
3. Тонкого помола ( с остатком -до 2 %).
В зависимости от сроков схватывания гипсовые вяжущие вещества (ГВ) различают по индексам.
Таблица № 2. Характеристика гипсовых вяжущих по срокам схватывания.
Гипсовые вяжущие вещества (марки не ниже Г-5) используют широко для изготовления строительных изделий и производства строительных работ. При этом используемые ГВ должны иметь остаток не более 12 % при просеивании через сито с сеткой № 02.
Рекомендуется использование гипсовых вяжущих (ГВ) марок Г-2…Г-7 имеющие разные сроки схватывания и степени помола для изготовления гипсовых строительных изделий. для изготовления гипсовых декоративных деталей и тонкостенных изделий рекомендуется использовать марки Г-2…Г-7 всех сроков схватывания кроме медленнотвердеющих грубого помола.
Для производства штукатурных растворов, для специальных целей и заделки швов рекомендуется использование марок Г-2…Г-25 медленного и нормального твердения, тонкого и среднего помола.
Читай также минеральные вяжущие вещества
Строительный гипс получают методом нагревания природного гипса при нормальном давлении. В таких условиях образуется β-модификация полуводного гипса которая обладает повышенную водопотребность при затворении водой -60…80 %. По этой причине затвердевший гипсовый камень обладает низкую прочность и высокую пористость.
При нагревании под давлением двуводного гипса получают полуводный гипс в виде α— модификации (α-CaSO4•0,5H2O), которая имеет значительно меньшую водопотребность (40…45 %). А затвердевший камень после затворения водой отличается большой плотностью и прочностью.
♣ Формовочный гипс состоит в основном из кристаллов β-модификации и незначительного количества примесей.Он обладает повышенной водопотребностью а будучи затвердевшим , имеет высокую пористость.Это свойство формовочного гипса успешно используется в керамической и фарфарофаянсовой промышленности для изготовления форм.
♣ Высокопрочный гипс
Высокопрочный гипс выпускается следующих марок : 200;250; 300; 350; 400:450; 500.Получают его из двуводного гипса путем термической обработки. Двуводный гипс насыщают горячим паром с температурой в 124 градусов под давлением не более 0,13 МПа,а потом сушат в специальных сушилках.
Высокопрочный гипс состоит в основном из α— модификации полуводного сульфата кальция , более активной, чем β-модификации. Поэтому прочность высокопрочного гипса при сжатии 15-25 МПа значительно превышает прочность строительного гипса. Высокопрочный гипс используется при изготовлении элементов стен и сборных перегородок, камни для стен и других видов изделий.
Высокопрочный гипс с марками 600 … 700 называют супергипсом, его производство возможно благодаря использования автоклавного способа производства. Супергипс также состоит в основном из α— модификации полуводного гипса и характеризуется следующими показателями:
1. Нормальная водопотребность-24…26 %.
2. Начало схватывания -5…8 мин.
3. Конец схватывания 9-12 мин.
При твердении супергипс в отличие от других вяжущих способен увеличиваться в объеме примерно на 1 %.Это свойство является особо ценным при отливке гипсового раствора в формах для изготовления строительных деталей. Высокопрочный гипс а также строительный гипс не являются водостойкими материалами. Однако изготовленные на их основе строительные детали будут служить очень долго если их защитить от сырости и атмосферных осадков.
Таблица№3. Влияние замедлителя на сроки схватывания ГВ
Для повышения водостойкости в гипсовых вяжущих веществах добавляют добавки . В качестве добавок используют совместный помол гипса с гранулированным доменным шлаком и известью. Для того чтобы замедлить сроки схватывания гипсовых вяжущих используют в основном добавки органического происхождения(животный клей, известковый клей,известь и другие замедлители) и отходы кожевенной промышленности (сливные и гидропрессовые отработанные дубильные растворы).
Ангидритовые вяжущие
Высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества изготовляют путем обжига гипсового камня при высоких температурах 600-900°С, поэтому они состоят преимущественно из ангидрида CaSO4, который частично подвергается термической диссоциации с образованием СаО. Небольшое количество окиси кальция в составе вяжущего играет роль активизатора процесса химического взаимодействия ангидритового вяжущего с водой.
Можно получить ангидритовое вяжущее и без обжига ( по способу П.П. Будникова) помолом природного ангидрита с активизаторами твердения (известью, обожженным доломитом и т.п.) Высокообжиговый гипс в отличие от строительного гипсп медленно схватывается и твердеет, но его водостойкость и прочность при сжатии выше -10-20 МПа. Поэтому его применяют при устройстве бесшовных полов, в растворах для штукатурки и кладки, для изготовления «искусственного мрамора».
♣ Ангидритовые вяжущие вещества
Ангидритовые вяжущие вещества получают в результате обжига природного двуводного гипса при температуре 600-700 градусов.
После обжига производят измельчение полученного сырья и вводят добавки, которые играют роль катализаторов твердения. В качестве добавок могут быть использованы обожженный доломит, железный купорос, доменный гранулированный шлак и другие. Ангидритовое вяжущее получают также путем помола природного ангидрита с добавками железного купороса, доменного гранулированного шлака, обоженного доломита и других материалов.
Cостав ангидритового вяжущего вещества предложенный П.П. Будниковым:
1. Известь в количестве 2…5 %;
2. Смесь бисульфата или сульфата натрия с медным или железным купоросом- 0,5…1 % каждого.
3. Обожженный доломит при температуре 800-900 °С-3…8%,
4. Основной гранулированный доменный шлак -10…15 %.
Железный или медный купорос способен уплотнять поверхность затвердевшего ангидритового цемента вследствие чего не выделяются катализаторы и не образуются выцветы на поверхности отлитых строительных изделий. Действие катализаторов можно объяснить тем что ангидрит способен образовать с различными солями комплексные соединения в виде неустойчивого сложного гидрата который затем распадается , образуя CaSO4•2H2O.
В качестве ангидритовых вяжущих веществ используют ангидритовый цемент, который способен медленно схватываться. ангидритовый цемент -это медленно схватывающееся вяжущее вещество с началом схватывания не ранее 30 мин, концом -не позднее 24 ч.
В зависимости от прочности при сжатии выпускают ангидритовый цемент следующих марок: М50: М100; М150 и М200. Используют ангидритовый цемент широко, например для приготовления штукатурных и кладочных растворов, для производства бетонов, декоративных изделий (искусственный мрамор), для производства теплоизоляционных материалов и других видов.
Разновидностью ангидритовых цементов является высокообжиговый гипс(эстрих-гипс). Получают его в результате обжига природного гипса или ангидрита при температуре 800- 1000 градусов, а после обжига производят тонкое измельчение полученного камня. В процессе обжига происходит полное обезвоживание и частичное разложение (диссоциация) ангидрита с CaO (в количестве 3…5%) по реакции CaSO4 =CaO+SO3.
При затворении водой образования CaO выступают как катализатор по схеме твердения ангидритового цемента рассмотренного выше. Высокообжиговый гипс медленно схватывается и твердеет но обладает хорошей водостойкостью и прочностью при сжатии (10…20 МПа).
Высокообжиговый гипс используют при устройстве мозаичных полов, при производстве искусственного мрамора, для внутренней штукатурки стен и других видов работ. Изделия из высокообжигового гипса имеют малую теплопроводность и малую звукопроводность, повышенную водостойкость,(по сравнению с изделиями из гипсового вяжущего), более высокую морозостойкость и меньшую склонность к пластическим деформациям.
♣ Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс) является разновидностью ангидритовых цементов. Получают его обжигом природного гипса или ангидрита при температуре 800…1000°С с последующим тонким измельчением. При этом происходит не только полное обезвоживание, но и частичная диссоциация ( разложение ангидрита с образованием CaO в количестве 3…5%) по реакции CaSO4 =CaO+SO3 .При затворении водой CaO действует как катализатор по схеме твердения ангидритового цемента , рассмотренной выше.
Высокообжиговый гитпс 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 других изделий из гипса.
Фосфогипс
Гипсовые вяжущие из гипсосодержащих отходов
Каждый год, в результате производства различных материалов народного хозяйства, образуются большое количество отходов которые содержат в своем составе гипс.Так как эти отходы содержат гипс и составляют большое количество, было принято решение о дальнейшем утилизации таких отходов и получении различных видов гипсового вяжущего.
1.Фосфогипс получают в результате обработки отходов сернокислотного производства минеральных одобрений.В зависимости от состава,различают апатитовый и фосфоритовый фосфогипс.
2.Борогипс отход (более 0,5 млн. тон в год) сернокислотного производства борной кислоты. Различают также в зависимости от химического состава ашаритобарацитовый и доломитовый борогипс.
3.Хлорогипс-является отходом сернокислотной обработки рассолов бишофита .Такой гипс часто называют еще магнегипс или рапной гипс. Содержание хлор-иона в таком отходе не менее 2…3.8 %.
4.Фторогипс- отход сернокислотного получения плавниковой кислоты из полевого шпата. В состав отхода могут входить до 70 % растворимого ангидрита, 20 % полугидрата или дигидрата сульфата кальция а также от 2…6 % плавикового шпата.
5.Ферогипс это гипсовое вяжущее,которое получают из растворов железного купороса обработкой его известковым тестом.Нередко используют шламовые отходы растворов железного купороса, содержащие до 40% дигидрата сульфата кальция,6-7 % оксида кремния.
6.Титаногипс -отход сернокислотной переработки титанового сырья в основном ильменита. Такой отход может содержать в качестве примеси титановые минералы, оксиды алюминия, соли сульфата амония и железа.
7. Гидролизный гипс -значительный по объему ( более 200 тыс. т. в год) отход переработки целлюлозы. В своем составе содержит соли лигнина, декстрин, фурфурол, ксилан, соли сернистой кислоты и другие технические примеси. все виды перечисленных гипсосодержащих отходов являются полиминеральными по своему фазовому составу. Поэтому могут быть классифицированны по кристалическим параметрам основного вещества-сульфата кальция. На практике различают:
1. Ромбоэдрические кристалы, отличающиеся по своим параметрам (длине- l, ширине-b, толщине δ в мкм).
а) игольчатые l=8…500; b=20…100; δ=5…10; l/δ=1.6…50;
б) короткие тонкие l=40…200; b=30…150; δ=5…10; l/δ=8…20;
в) утолщенные l=40…200; b=30…150; δ=15…50; l/δ=2.5…4;
2.Поликристаллические агрегаты состоящие из мелких кристаллов (l≈ 100 мкм)
Следует сказать что наибольшее применение в строительном деле имеет фосфогипс. Его получают в процессе обработки апатитов серной кислотой. Формула реакции выглядит следующим образом:
Ca5(PO4)3F+5H2SO4+10H2O=2H3PO4+5CaSO4•2H2O+HF
Содержание двуводного сульфата кальция в фосфогипсе -до 98%. Основная примесь фосфогипса как правило составляет фосфорный ангидрит -1,5 %.Часть фосфорного ангидрита в сырье находится в свободном состоянии в форме фосфорной кислоты. Другая часть связана с труднорастворимые фосфаты. В фосфогипсе также в малых количествах содержится соединения алюминия, кремнезема,фтора и железа. Примеси оказывают решающее влияние на свойства гипсовых вяжущих,поэтому физико-механические свойства гипсовых вяжущих приведены для наглядности в таблицу№ 3.
Таблица№ 3. Физико-механические свойства вяжущего, полученного из фосфогипса
Фосфогипс-это порошок с мелкими частицами от 10 до 400 мкм, который имеет цвет светло-серый или светло-голубой. Влажность порошка фосфогипса составляет от 18 до 22 %.
Фосфогипс тяжелее молотого порошка полученного на основе природного гипса, так как имеет высокую плотность кристаллов. При добавлении воды в фосфогипсе он выделяет вредные вещества в виде паров кислот и фтористых соединений.
Для устранения вредного выделения его промывают и нейтрализуют путем добавления молотого мела, а также гранулируют. При этом частицы связывают в гранулы поливинилацетатной дисперсией, а прочность гранул составляет 1…3 МПа.
Во ВНИИ Строме им. П. П. Будникова разработан метод подготовки гипсового сырья из фосфогипса. Метод заключается в измельчении влажного исходного фосфогипса совместно с нейтрализатором кислых примесей. Затем жидкую фазу удаляют путем фильтрации под вакуумом и прессованием. Получение непрерывного гранулометрического состава в процессе измельчения фосфогипса способствует формированию более плотной упаковки частиц фосфогипса.
Таблица №4. Физико-механические свойства высокопрочных вяжущих, полученных различными способами.
В таком случае масса приобретает текучесть позволяющая дополнительно удалить до 50 % жидкой фазы с примесями используя ленточный вакуумный фильтр. На свойства фосфогипса большое влияние оказывает тонина помола вяжущего. Высокие прочностные характеристики достигаются за счет очистки фосфогипса а также за счет образования плотных агрегатов в результате перекристаллизации измельченных частиц.
Широкое использование фосфогипса а также и других отходов химических производств для изготовления гипсовых вяжущих позволяют более экономно расходовать дорогостоящие вяжущие. Для повышения водостойкости фосфогипса добавляют пуццолановый портландцемент в следующих соотношениях компонентов (% по массе):
1. Фосфогипсовое вяжущее -57,
2. Пуццолановый портландцемент-7,6
3. Песок-34,8
4. Древесные опилки-0,6.
Таблица№ 5. Свойства и составы изделий, изготовленных на основе фосфогипса.
Из фосфогипса производят перегородочные панели и блоки, стеновые камни, готовые для монтажа секции вентиляционных камер и другие изделия.
Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ). Гажа.
Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее представляет собой быстротвердеющее и быстросхватывающее гидравлическое вяжущее используемое широко для приготовления отделочных и кладочных растворов а также бетонов, применяемых главным образом при изготовлении строительных изделий.
Вяжущее (ГЦПВ) получают путем смешивания тщательным образом следующих компонентов (в процентном отношении):
1. полуводный гипс-50…70 %.
2. Портландцемент-15…25 %.
3. Активные минеральные добавки-10…25 % (содержащие кремнезем в активной форме, опока, трепел,диатомит,активные вулканические породы).
Без активной минеральной добавки при твердении (ГЦПВ) образовывают неустойчивый материал способный разрушиться буквально через несколько месяцев.Такое поведение во время твердения портланцемента с гипсовой смеси можно объяснить образованием высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция,кристаллизующегося с 31…32 молекулы воды.
Однако если во время твердения смеси состоящей из гипса и портландцемента создать условия при которых резко снизится концентрация в жидкой фазе оксида кальция , то произойдет разложение высокоосновных гидроалюминатов кальция на низкоосновные. При этом Ca(OH)2 и SiO2 дают гидросиликаты CSH(B).
В таком случае возникает моносульфатная форма гидросульфоалюмината кальция 3CaO•Al2O3•CaSO4•12H2O, гидрогранаты 3CaO•Al2O3•nSiO2(6-2n)H2O, гидросиликоалюминат 3CaO•Al2O3•CaSiO3•12H2O, гипс CaSO4•2H2O и их твердые растворы при которых появляются опасные напряжения. Соотношение всех компонентов в комплексной добавке должно обеспечивать концентрацию оксида кальция в специально приготовленной водной суспензии гипса с комплексной добавкой на 5 суток не выше 1,1 г/л, а на 7 суток -0,85 г/л.
Подобранные правильно смеси ГЦПВ увеличивают прочность после твердения на 70% в течении 3 лет,которая потом в течении 10 лет не изменяется. По прочности ГЦПВ разделяют на пять марок:
100; 150; 200; 250; 300. Марки сосответствуют прочности на изгиб испытуемых балочек -образцов размером 4 х 4 х 16 см не менее 4; 5; 6; 7; и 8 МПа соотвественно и при сжатии их половинок 10; 15; 20; 25; и 30 МПа. Тонкость помола для всех марок ГЦПВ (остаток на сите №02) должен быть не более 15% по массе. Сроки схватывания гипсового теста НГ 4…20 минут, коэффициент размягчения по σсж ℜρ≥0,6. Для ГЦПВ с пониженным содержанием портландцемента или ППЦ ℜρ≥0,5.
Бетоны приготовленные на ГЦПВ набирают через 2…3 часа до 30…40 % марочной прочности. Твердение изделий можно ускорить путем пропаривания при температуре 70…80 °С. Изделия на ГЦПВ обладают морозоустойчивостью соответствующую 20…50 циклам замораживания и оттаивания. Морозоустойчивость изделий на ГЦПВ зависит от состава вяжущих и их вида а также от удельного расхода и плотности бетона.
Читать далее на http://stroivagon.ru продолжение статьи -Гажа. Гажевая штукатурная сухая смесь
*****
Добавить комментарий