Тема

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Вопросы темы

1. Основные понятия и определения

2. Воздушные вяжущие вещества

   1. Гипсовые вяжущие

      1. Низкообжиговые гипсовые вяжущие

      2. Высокообжиговые гипсовые вяжущие

   2. Магнезиальные вяжущие

   3. Растворимое стекло и кислотоупорный цемент

   4. Воздушная известь

Вяжущие (матрица композиционного материала)

Порошкообразные вещества (кроме жидкого стекла), способные при смешивании с жидкостью (водой или растворами солей) образовывать пластичное тесто, которое под влиянием физико-химических процессов, постепенно затвердевая, переходит в камневидное состояние.

По способности твердеть и набирать прочность вяжущие вещества делятся на воздушные и гидравлические.

В оздушные вяжущие вещества, будучи смешаны с водой, могут образовывать искусственный камень (твердеть) только в воздушно-сухой среде. Как правило, причиной такого является высокая растворимость продуктов твердения. Например, для строительного гипса она составляет 2,0 г/л. для извести 1,2 г/л. Коэффициент размягчения для таких вяжущих веществ намного меньше 0,85 и составляет зачастую 0,4-0,6.

Гидравлические вяжущие вещества, будучи смешаны с водой, могут образовывать искусственный камень (твердеть) в атмосфере любой влажности, а также непосредственно в воде.

Воздушные вяжущие вещества

2.1. Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовые вяжущие вещества получаются из

• природного двуводного гипса CaSO₄^.2H₂O,

• природного ангидрита CaSO₄

• отходов промышленности (фосфогипс)

в результате их термической обработки.

Кристаллы ангидрита

Фосфогипс

Побочный продукт промышленного производства, в основном содержащий двуводный гипс.

Фосфогипс – ценное сырьё для получения строительного гипса.

В большинстве случаев фосфогипс получают по дигидратной технологии, в которой сочетание температуры и концентраций реагирующих веществ способствует образованию преимущественно кристаллогидрата сульфата кальция с двумя молекулами воды.

В дигидратном режиме фосфогипс кристаллизуется относительно медленно, в результате чего формируются крупные, хорошо отмывающиеся кристаллы.

При повышении концентрации серной кислоты в процессе разложения апатита фосфогипс кристаллизуется в полугидратной форме; средний размер кристаллов уменьшается.

Фосфогипс из фосфоритов отличается большим содержанием кремнезема в активной форме и меньшим - сульфата кальция.

Гранулы получают, используя в качестве связующего дегидратированный до полугидрата или растворимого ангидрита фосфогипс либо вводя дополнительные компоненты, увеличивающие прочность.

Для предотвращения улетучивания фтора во время сушки, присутствие которого в цементной шихте благоприятно влияет на процесс клинкерообразования, его связывают введением в фосфогипс около 2 % оксида кальция или 7-10 % карбоната кальция.

Фосфогипс можно обжигать в аппаратах кипящего слоя, шахтных и вращающихся печах, агломерационных лентах и другом оборудовании.

Для повышения концентрации сернистого ангидрида в газе, увеличения скорости разложения и предотвращения спекания материала в псевдоожиженном слое предлагается вводить серосодержащие добавки - углистый колчедан, сернистый мазут, элементарную серу, сульфат натрия. При оптимальной температуре 1200 °С уже через 5 мин фосфогипс разлагается более чем на 97 %, объемное содержание диоксида серы в газе достигает 9 %.

В цементной промышленности фосфогипс используется как сырье для производства сульфоминерального цемента; основной кальцийсодержащий компонент при изготовлении портландцементного клинкера.

Фосфогипс по содержанию двуводного сульфата кальция приравнивается к первосортному гипсовому сырью; не требуется затрат на содержание карьеров или шахт, на дробление и помол.

Складирование фосфогипса

В зависимости от температуры тепловой обработки они делятся на 2 группы: низкообжиговые и высокообжиговые.

1. Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества

• Строительный и формовочный гипс

• Высокопрочный гипс

Основой технологии является термическая обработка исходной горной породы

CaSO₄∙2H₂O = CaSO₄^.0,5∙H₂O + 1,5∙H₂O

Температура тепловой обработки находится в пределах 110-180^оС. Больше значение имеют условия обработки, в частности, давление. При нормальном давлении образуются строительный и формовочный гипс, а при повышенном (в автоклавах) – высокопрочный гипс.

Строительный и формовочный гипс состоят из кристаллов β - модификации, отличающейся мелкокристаллическим строением, большей удельной поверхностью смачивания, а, следовательно, и повышенной водопотребностью (50-70%).

Нормативные показатели качества определяются ГОСТ 125

Сроки схватывания:

• А – быстросхватывающиеся (2-15 мин);

• Б – нормально схватывающиеся (6-30мин);

• В – медленно схватывающиеся (Н_схв ≥20 мин).

По пределу прочности при сжатии установлено 12 марок: Г-2 – Г-25.

Тонкость помола

При твердении они увеличиваются в объеме примерно на 1%. Твердение происходит с выделением тепла. Нельзя применять при температуре выше 60^оС и при влажности более 60%. Формовочный гипс имеет более тонкий помол и применяется в керамической и фарфорово-фаянсовой промышленности для изготовления форм.

Высокопрочный гипс состоят из кристаллов α - модификации, отличающейся крупнокристаллическим строением, меньшей удельной поверхностью смачивания, а, следовательно, и меньшей водопотребностью (40-50 %). Прочность его может достигать 40 МПа и выше. В основном применяется для изготовления элементов стен и сборных перегородок, стеновых камней.