№ 3 Иван Андреев

Активность гранулированных доменных шлаков в нормальных условиях твердения, при пропаривании и запаривании в автоклавах.

Почти все шлаковые минералы, содержащиеся в передельных шлаках черной металлургии при обычных температурах не взаимодействуют с водой. Однако при тепловлажном воздействии в автоклавах гранулированные шлаки гидратируются и твердеют. Гранулированные шлаки проявляют значительную активность только при автоклавной обработке.

№ 10 Давид Кадиев

Твердение воздушной извести: карбонатное, гидратное, гидросиликатное.

Различают три типа твердения извести: карбонатное, гидратное и гидросиликатное.

В растворах на гашеной извести при обычной температуре и давлении идет карбонатное твердение. При карбонатном твердении одновременно протекают два процесса: кристаллизация Са(ОН)2 из насыщенного водного раствора и образование СаСОз по реакции Кристаллы образующегося СаСОз срастаются друг с другом, частичками Са(ОН)2 и песка и создают искуственный камень. Процессы карбонатного твердения протекают весьма медленно.

Гидра т п о е г вер ден ие извести идет при затворении водой негашеной молотой извести и создании определенных условий гидратации. Молотая негашеная известь растворяется в воде с образованием пересыщенного раствора. Эффект твердения вызывается взаимным сцеплением и срастанием образующихся при быстром пересыщении частиц гидроксида кальция.

Гидросиликатное твердение извести происходит в известково-песчаных и других силикатных изделиях в условиях повышенной температуры и давления водяного пара, т. е. в автоклавах. Сущность его сводится к взаимодействию гидроксида кальция, кремнезема и воды и образованию новых соединений — гидросиликатов, цементирующих зерна песка. На гидросиликатном твердении извести основано получение силикатного кирпича и силикатных бетонов.

Важнейшими достоинствами извести являются высокая пластичность, придающая растворам и бетонам на ее основе хорошую удобоукладываемость, и водоудерживающая способность, предотвращающая расслаивание смесей.

Средняя плотность комовой негашеной извести при нормальной температуре обжига составляет 1600—1700 кг/м . По мере повышения температуры и длительности обжига она возрастает до 2900 кг/м3. Средняя плотность молотой негашеной извести в рыхлонасыпном состоянии 900—1100 кг/м3, извести-пушонки 400—500 кг/м3, известкового теста 1300—1400 кг/м3.

Гашеная известь схватывается очень медленно. Образцы растворов на ее основе можно расформовывать лишь через 5—7 сут. Процесс схватывания растворов на молотой негашеной извести завершается через 15—60 мин после затворения. При твердении на воздухе известковые растворы на гашеной извести дают значительную усадку.

Прочность материалов и изделий на основе извести и стойкость их к воде и попеременному замораживанию и оттаиванию зависит от характера твердения. Наибольшее значение показатели этих свойств имеют при гидросиликатном и наименьшее при карбонатном твердении.

Через месяц твердения при обычной температуре (10—20° С) растворы на гашеной извести приобретают прочность 0,5— 1,5 МПа, на молотой негашеной извести — 2—3 МПа. При гидросиликатном твердении возможно получение известково-пес-чаных (силикатных) бетонов с прочностью при сжатии до 30— 40 МПа и более.

Негашеную комовую известь транспортируют в крытых вагонах навалом или в контейнерах. Перевозку молотой негашеной и гидратной извести осуществляют в бумажных битуминизиро-ванных мешках, в герметичных контейнерах или автоцементовозах. В период перевозки и хранения известь следует предохранять от увлажнения. Длительность хранения молотой негашеной извести должна быть не более 20 сут, так как активность ее быстро снижается за счет взаимодействия с влагой воздуха.

Строительная воздушная известь находит применение для растворов и бетонов низких марок, работающих в воздушно-сухих условиях; плотных и ячеистых силикатных изделий автоклавного твердения; смешанных гидравлических вяжущих и известковых красок.

№13 (Когут Андрей)

Известково-шлаковый цемент: состав, сырьё, схема производства. Свойства цемента и применение.

Известково-шлаковое вяжущее — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным измельчением негашеной извести, гранулированного доменного или электротермофосфорного шлака с добавкой небольшого количества гипса (не более 5 % по массе смеси), относящееся к группе известесодержащих. Состав и свойства его регламентируются ГОСТ 2544—76. Содержание извести в вяжущем устанавливают в зависимости от качества шлака в пределах 10—30 % массы смеси. Иногда его называют цементом. В ряде случаев при введении в него большого количества негашеной извести (более 20%) наблюдается чрезмерно быстрое схватывание и даже неравномерное изменение объема при твердении. Для устранения таких явлений применяют замедлители схватывания извести или прибегают к повторному перемешиванию бетонной или растворной смеси, приводящему, однако, к некоторому снижению прочности бетона или раствора. Иногда целесообразно бывает уменьшить содержание извести в вяжущем. Лучшими шлаками для известково-шлакового цемента являются основные и слабокислые с повышенным содержанием глинозема и низким содержанием закиси марганца (не более 3—4 %)

Технология известково-шлакового вяжущего значительно проще, чем шлакопортландцемента, и включает обычно следующие операции: складирование сырьевых материалов, сушку шлака, дробление извести, дробление гипса, дозирование сырьевых материалов перед помолом, совместный помол, складирование и отправку потребителям готового цемента. Р1звесть хранят в закрытых складах, а шлак и гипс можно складировать и под навесами. Применение негашеной извести-кипелки при небольшой влажности шлака (3—4%) позволяет исключить сушку из технологического процесса. В этом случае вода, содержащаяся в шлаке, при совместном помоле с известью идет на ее гашение и шлак становится сухим. Для тонкого помола цемента применяют и шаровые мельницы. Измельчают его до остатка 3—5 % на сите № 008, что способствует повышению его активности. Желательно удельную поверхность известково-шлакового вяжущего доводить до 3500—5000 см2/г, а удельную поверхность шлака, содержащегося в цементе,—до 3500—4000 см2/г. Большое значение для качества вяжущего имеют свойства гранулированного шлака. Использование шлака (по возможности одного и того же завода) одинакового химического состава и цвета, той же средней плотности—обязательное условие производства высококачественного продукта. Простота технологии определяет высокую технико-экономическую эффективность известково-шлакового цемента. На изготовление 1 т расходуется примерно 50— 60 кг условного топлива и 70—80 кВт-ч электроэнергии. Для производства известково-шлакового. и других бесклинкерных шлаковых цементов целесообразны помольные установки мощностью 100, 200—500 тыс. т в год. Известково-шлаковый цемент твердеет под влиянием щелочного возбуждения шлака оксидом кальция, содержащимся в извести. При этом в основном протекают те же процессы и образуются те же цементирующие соединения, что и при взаимодействии шлака с водой в шла-копортландцемеите. Гипс, активизирующе действуя на глиноземистые составляющие шлака, ускоряет твердение известково-шлакового вяжущего.

Истинная плотность известково-шлакового цемента 2,5—2,9 г/см3 и зависит в основном от вида и содержания в нем извести. Плотность в рыхлопасыпном состоянии 800—900, а в уплотненном состоянии—1200— 1400 кг/м3. Водопотревность известково-шлакового вяжущего несколько выше, чем шлакопортландцемента, и зависит, главным образом, от содержания извести. Начало схватывания известково-шлакового вяжущего по ГОСТ 2544—76 должно наступать не ранее 25 мин, конец — не позднее 24 ч от начала затворения. Обычно начало схватывания наступает через 2—4, а конец — через 4—8 ч. При использовании в качестве исходного материала 20—30 % молотой негашеной извести и глиноземистых шлаков происходит иногда чрезмерно быстрое схватывание, препятствующее нормальному использованию известково-шлакового цемента. Этот недостаток уменьшается по мере постепенного гашения извести влагой воздуха при хранении.

По прочности известково-шлаковое вяжущее подразделяется на марки 50, 100, 150 и 200. Их определяют по пределу прочности при изгибе балочек размером 40Х X 40X160 мм и на сжатие их половинок через 28 сут. Образцы готовят из раствора состава 1:3с нормальным песком. Прочность и скорость твердения известково-шлакового вяжущего при увеличении тонкости его помола резко возрастают. При тепловой обработке растворы и бетоны на этом цементе через 8—10 ч приобретают прочность, достигаемую при твердении в нормальных условиях в течение 1—2 мес. Прочность известково-шлакового цемента при твердении в воздушно-сухой среде обычно ниже, чем при твердении в воде или во влажной среде. Иногда прочность бетонов, находящихся в воздушно-сухой среде, через 8— 12 мес несколько снижается, что объясняется влиянием усадочных деформаций при сильном высыхании, а возможно и разложением некоторых цементирующих новообразований углекислотой воздуха. В связи с этим необходимы тщательный уход за бетоном и предохранение его от высыхания в течение 3—4 недель. Равномерность изменения объема известково-шлакового цемента зависит в основном от содержания в негашеной извести трудногасящихся зерен. При значительном их содержании возможно неравномерное изменение объема. При гидратации известково-шлакового вяжущего при обычной температуре и водотепловой обработке при 90— 95 °С возникают соединения преимущественно в виде высокодисперсных гелевидных образований, поэтому данный цемент отличается от других шлаковых цементов повышенными показателями усадки и набухания. При твердении на воздухе бетоны на этих цементах следует тщательно оберегать от преждевременного высыхания. Усадка и набухание бетонов на известково-шлаковом цементе, запаренных в автоклаве, значительно уменьшаются вследствие перекристаллизации цементирующих новообразований и образования структуры с более крупными кристаллами. Низкая основность новообразований, возникающих при твердении этого вяжущего в условиях пониженного содержания Са(ОН)2, предопределяет повышенную его стойкость против действия мягкой пресной, морской и сульфатных вод. Известно, что некоторые морские сооружеиия, возведенные 50 —70 лет назад, находятся в хорошем состоянии. Сохранность стальной арматуры в бетоне на извест-ково-шлаковом цементе такая же, что и в бетоне на шлаковом портландцементе со значительным содержанием шлака (до 60—70 %). Морозостойкость известково-шлакового вяжущего вследствие его повышенной водопотребности ниже, чем шлакового портландцемента: она достигает обычно 25— 50 циклов замораживания и оттаивания, поэтому в отличие от известково-пуццолановых цементов известково-шлаковый цемент можно применять для изготовления наружных стеновых и других ограждающих конструкций, а также тех частей гидротехнических сооружений, которые подвергаются нечастым периодическим воздействиям замораживания и оттаивания. Для повышения морозостойкости этого вяжущего в него вводят иногда портландцемент (15—20 % по массе смеси).

№14 Александр Крючков

Молотая негашеная известь

До недавнего времени воздушную известь применяли в строительстве только в гашеном виде. В 30-х годах И. В. Смирнов предложил применять известь в тонкоизмельченном негашеном виде. Он, а затем Б. В. Осип показали, что при определенных условиях возможно гидратное твердение негашеной извести, т. е. твердение при взаимодействии с водой с образованием гидроксида кальция подобно твердению портландцемента или гипса при реакции с водой с возникновением гидратных новообразований.

Тонкоизмельченная негашеная известь имеет ряд преимуществ при изготовлении растворов и бетонов перед гидратной известью в виде порошка или теста. В этом случае нет отходов и все компоненты тоикоизмельченной извести рационально используются во время твердения (в том числе силикаты, алюминаты, ферриты и карбонат кальция). Молотая негашеная известь характеризуется меньшей водопотребностью, чем гашеная известь. Удельная поверхность молотой негашеной извести обычно значительно меньше удельной поверхности гидратной извести, поэтому требуемую удобоукладываемость растворной или бетонной смеси на молотой негашеной извести получают при пониженном количестве воды. Снижение же водопотребности растворных и бетонных смесей способствует увеличению их прочности при твердении. Кроме того, негашеная известь, гидратируясь в уже уложенных в дело растворах и бетонах, связывает большое количество воды, переходящей в твердую фазу. Как известно, оксид кальция при переходе в гидрат связывает 32,13 % воды. Все это способствует получению растворов, бетонов и изделий на молотой негашеной извести повышенной плотности и прочности по сравнению с получаемыми на гашеной извести.

При гидратном твердении молотой негашеной извести выделяется значительное количество теплоты, поэтому изделия на такой извести при температурах ниже нуля твердеют более спокойно и имеют лучшие показатели прочности, так как окружающие условия способствуют быстрому отводу теплоты и уменьшению термических напряжений.

Указанные преимущества молотой негашеной извести способствуют ее применению в производстве различных строительных материалов и изделий.

Благоприятные результаты при гидратном твердении молотой негашеной извести можно получить лишь при следующих условиях: применение извести тонкого помола; соблюдение определенного водо-известкового отношения; отвод теплоты или использование других приемов, не допускающих разогревания твердеющего раствора или бетона до температур, вызывающих интенсивное испарение воды (особенно при кипении); прекращение перемешивания растворной или бетонной смеси на определенном этапе гидратации извести.

№15 Никита Ленточкин

Молотая негашеная известь: получение, свойства и особенности её применения.

Исходными материалами для производства воздушной извести являются многие разновидности известково-магнезиальных карбонатных пород (известняки, мел, доломитизированные известняки, доломиты и др.). Все они относятся к осадочным породам и широко распространены на территории нашей страны. В состав известняков входят углекислый кальций СаСОз и небольшое количество различных примесей (глина, кварцевый песок, доломит, пирит, гипс и др.)

Молотую негашеную известь получают из комовой негашеной извести (кипелки). Процесс производства включает дробление комовой негашеной извести, тонкое измельчение в шаровой мельнице (иногда с введением добавок), упаковку и отгрузку потребителю. Молотую негашеную известь можно хранить на складе не более 5÷10 дней, так как происходит ее гашение парами воды воздуха и карбонизация. Свойства молотой не гашеной извести регламентированы ГОСТом 9179-77. По стандарту она подразделяется на 3 сорта в зависимости от содержания активных СаО и МgО (не менее 90, 80 и 70% - для 1-го, 2-го и 3-го сортов), содержания СО2 и непогасившихся зерен.

Обжиг является основной технологической операцией в производстве воздушной извести. При этом протекает ряд сложных физико-химических процессов, определяющих качество продукта. Целью обжига являются:

1) возможно полное разложение СаСО3 и MgCO3 . CaCO3 на СаО, MgO и СО2;

2) получение высококачественного продукта с оптимальной микроструктурой частичек и их пор.

Обжигают известняк в различных печах: шахтных, вращающихся и кипящего слоя; используют также установки для обжига известняка во взвешенном состоянии и т. д.

Молотая негашеная известь характеризуется меньшей водопотребностью, чем гашеная известь. Удельная поверхность молотой негашеной извести обычно значительно меньше удельной поверхности гидратной извести, поэтому требуемую удобоукладываемость растворной или бетонной смеси на молотой негашеной извести получают при пониженном количестве воды. Снижение же водопотребности растворных и бетонных смесей способствует увеличению их прочности при твердении. Кроме того, негашеная известь, гидратируясь в уже уложенных в дело растворах и бетонах, связывает большое количество воды, переходящей в твердую фазу. Как известно, оксид кальция при переходе в гидрат связывает 32,13 % воды. Все это способствует получению растворов, бетонов и изделий на молотой негашеной извести повышенной плотности и прочности по сравнению с получаемыми на гашеной извести.

Молотая негашеная известь (кипелка) обладает существенными преимуществами по сравнению с гидратной:

а) имеет более низкую водопотребность, что объясняется меньшей удельной поверхностью; это приводит к повышению прочности изделий;

б) в процессе гидратации СаО химически связывает сравнительно много воды (32,16% от массы СаО), что уменьшает количество свободной (испаряющейся) воды и объем пор, образующихся за счет испарения. Снижение пористости приводит к росту прочности изделий;

в) растворные смеси на молотой негашеной извести (кипелке) сравнительно быстро схватываются и твердеют, в то время как при применении гидратной извести (известкового теста) конец схватывания смесей наступает через несколько суток;

г) в процессе твердения негашеной извести выделяется значительное количество тепла, поэтому растворы быстрее высыхают. Растворные смеси на молотой негашеной извести целесообразно применять при отрицательных температурах воздуха.

Строительная известь применяется:

В штукатурных и кладочных растворах, работающих в условиях, когда относительная влажность воздуха не превышает 65%. Известковые растворы характеризуются высокой связностью и удобоукладываемостью, поэтому известь является одним из основных вяжущих, используемых в строительных растворах.

Для производства бетонов низких марок, работающих при относительной влажности воздуха не выше 65%.

В автоклавных (силикатных) изделиях, плотных и пористых, на основе извести и кварцевого песка.

При производстве смешанных гидравлических вяжущих веществ – известково-шлаковых, известково-пуццолановых и др. цементов.

В известковых красках для наружной и внутренней отделки.

16.Николай Манаев

Твердение воздушной извести: карбонатное, гидратное, гидросиликатное.

В зависимости от вида извести и условий, в которых происходит её твердение, различают три типа твердения: карбонатное, гидратное и гидросиликатное.

Карбонатное твердение.

Твердение растворов на гашёной извести называется карбонатным твердением. Это твердение обусловлено протеканием двух процессов: кристаллизации Са(ОН)2 при высыхании растворов и карбонизации гидроксида кальция по реакции:

Са(ОН)2 + СО2 + nН2О = СаСО3 + (n + 1) Н2О.

Этот процесс протекает в первую очередь в поверхностных слоях. Карбонизация глубинных слоёв длительна, поскольку, во-первых, количество СО2 в атмосфере составляет лишь 0,04%, а, во-вторых, образующаяся плёнка СаСО3 обладает низкой проницаемостью. Поэтому в центральной части хорошо уплотнённых растворов долгое время сохраняется значительное количество Са(ОН)2. Испарение воды из раствора также способствует увеличению прочности. Образование СаСО3 обуславливает повышение прочности и водостойкости изделий. Реакция между кварцевым заполнителем и Са(ОН)2 при нормальных температурных условиях практически не протекает. Однако, если вместо песка в качестве заполнителя использовать активные добавки, наряду с образованием карбонатов возможно появление и гидросиликатов кальция, повышающих прочность растворов. Образованием значительного количества гидросиликатов, улучшающих сцепление вяжущего с заполнителем, и объясняется высокая прочность известково-цемяночных растворов. Заметное взаимодействие извести с кварцевым песком возможно также и при введении песка в тонкомолотом состоянии.

Искусственная карбонизация для повышения прочности известковых растворов использовалась на некоторых предприятиях в послевоенные годы. Карбонизация наиболее интенсивно протекает при влажности изделий 5-8%. При полном высыхании изделий, как и при черезмерном их увлажнении, процесс прекращается. На практике для карбонизации бетонных известково-песчаных блоков в специальные камеры подают газ из известково-обжиговых печей с концентрацией СО2 около 30%.

Гидратное твердение.

Постепенное превращение в твёрдое тело растворов на негашёной извести в результате взаимодействия СаО с водой, возникновения и кристаллизации гидратных образований называется гидратным твердением. Процесс гидратного твердения отличается от карбонатного тем, что на его первом этапе гидратируется безводный оксид кальция. Этот процесс может проходить как топохимически, так и через раствор. Но независимо от механизма процесса Гидроксид кальция выделяется в коллоидном состоянии. Коллоидные частички агрегируются, создавая коагуляционную структуру, которая постепенно переходит в кристаллизационную. Вначале возникает немного кристаллических зародышей, затем их количество увеличивается, начинается процесс роста отдельных кристаллов и на определённом этапе наблюдается взаимное сцепление и срастание некоторых из них. В основе твердения вяжущих материалов лежат два противоположных процесса – создание кристаллического сростка устойчивого гидратного образования и возникновение и частичная релаксация внутренних напряжений, появляющихся в результате дальнейшего роста более крупных кристаллов и растворения термодинамически неустойчивых более мелких кристаллов. Первый процесс ведёт к созданию определённой структуры твердения, благодаря чему возрастает прочность твердеющего конгломерата. Второй процесс может привести к разрушению уже возникшей структуры и снижению прочности. Особую опасность при этом представляют места, где кристаллическая решётка искажена и поэтому термодинамически неустойчива. Такие участки имеют более высокую растворимость по сравнению с хорошо выкристаллизовавшимися крупными кристаллами Са(ОН)2. Поэтому уже сформировавшийся камень перекристаллизовывается, в результате чего растут правильные и растворяются мельчайшие кристаллы Са(ОН)2 в местах контактов. Это приводит к возникновению внутренних напряжений и необратимому снижению прочности.

Величина спада прочности зависит от водотвёрдого отношения (В/Т) в твердеющей пасте. Чем больше это отношение, тем значительнее снижается прочность уже сформировавшегося твердеющего известкового вяжущего.

Если раствор хранят в сухих условиях, прочность не уменьшается, так как вода в порах испаряется и Са(ОН)2 переходит в устойчивый карбонат.

Гидросиликатное твердение.

Известково-песчаные изделия в условиях автоклавной обработки твердеют благодаря образованию гидросиликатов кальция. Такое твердение называется гидросиликатным. Тепловлажностная обработка проходит обычно в автоклавах при давлении 0,9-1,6 МПа, что соответствует температуре 174,4-200оС. Известно, что растворимость Са(ОН)2 уменьшается с повышением температуры. В то же время растворимость SiO2 резко возрастает, начиная со 150оС. Так при 25оС растворимость SiO2 составляет 0,006, а при 175оС – 0,18 г/л, т. е. превышает растворимость Са(ОН)2. Следовательно, до температуры 100-130оС жидкая фаза известково-кремнеземистых изделий будет насыщена в основном гидроксидом кальция, а при дальнейшем повышении температуры произойдёт её насыщение и SiO2. При взаимодействии кварца с известью разрываются связи Si – O – Si и под действием гидроксила образуются группы ≡ SiOH, которые в последующем образуют с ионами кальция гидросиликаты кальция. Сначала возникают высокоосновные гидросиликаты кальция (1,8-1,5) СаО *SiO2 * (1-1,25) Н2О. Этот гидросиликат представляет С2SН (А). Кристаллизуется он в форме призматических пластинок размером до 10-20 мкм. На этом же этапе появляется и гидросиликат (1,5-2)СаО *SiO2 * nН2О, обозначаемый С2SН2. В дальнейшем при понижении концентрации Са(ОН)2 в растворе и увеличении концентрации SiO2, создаются условия для образования менее основных гидросиликатов кальция. Возникают гидросиликаты (0,8-1,5)СаО * SiO2 * (0.5-2) H2O или CSH (B). Низкоосновные гидросиликаты кристаллизуются в виде тончайших пластинок, которые свёртываются в трубки, имеющие вид волокон. При длительной автоклавной обработке образуется тоберморит 5СаО * 6SiO * 5H2O (C5S6H5).

Гидросиликатное твердение используется для получения силикатного кирпича и силикатных бетонов.

№ 20 (Терентьева Анастасия)

Способы получения гипсового вяжущего α - модификации. Применяемое для этого оборудование. Свойства и область применения.

• Гипсовое вяжущее α-модификации можно получать различными способами.Их сущность состоит в том, что сырье (в виде мелкой щебёнки или порошка) первоначально подвергают тепловой обработке (107-125°С и выше),при которой из двуводного гипса выделяется кристаллизованная вода в капельно-жидком состоянии и он переходит в α-полугидрат,имеющих вид крупных плотных кристаллов. Затем полученный материал сушат в условиях,исключающих возможность гидратации полугидрата,после чего его измельчают.

Тепловая обработка двуводного гипса с получением α-полугидрата может осуществляться в автоклавах в среде насыщенного пара при давлении 0,15-0,3МПа и в водных растворах некоторых солей пр атмосферном давлении 105-110°С.

Способ получения Ф.Т.Садовского и А.С.Шкляра: гипсовый камень в виде щебня с размером кусков 10-40 мм пропаривают и сушат в автоклаве-запарнике(пар образуется в аппарате испарением воды из гипса во время его нагревания).Он представляет собой вертикально установленный стальной резервуар высотой около 4м и диаметром 2,2 м с геометрически закрывающимся люками для загрузки и разгрузки щебенки.

В загруженный запарник первоначально подают насыщенный пар для тепловой обработки сырья под давлением 0,13МПа при 124°С в течение 5ч.В это время из двуводного гипса выделяется вода в жидком состоянии, причем образуется полугидрат в виде кристаллов.Вода, получающаяся из двуводного гипса во время тепловой обработки отводится через спец.устройство. По окончанию прогрева гипса давление пара снижается до атмосферного. Далее в запарник подаются горячие топорные газы для сушки полученного полугидрата при 120-140°С в течение 3-5ч. Весь цикл обработки 10-12ч.высушенный материал размалывают в шаровых мельницах. Недостаток способа- значит-ая продолжительность тепловой обработки и повышенных расход топлива.

Способ самозапаривания Б.Г.Скрамтаева и Г.Г.Булычева отличается от предыдущих тем,что предусматривает создание избыточного давления в запарника в результате испарения из гипсового камня гигроскопической и части гидратной воды. Для этой цели были разработаны два типа самозапарников (вертикальный и вращающийся горизонтальный).

Способ получения А.С.Разоренов и М.Т.Власова : получение гипсовых изделий тепловой обработкой двуводного гипса в автоклавах. Двугидрат измельчают в порошок, смешивают с заполнителями и водой, из получаемой смеси формуют изделия,

запариваемые в формах.При этом двугидрат переходит в полугидрат.После термообработки изделия извлекают из автоклава и они остываю в формах.

В это время полугидрат связывается с водой, образуется двуводный гипс, что сопровождается твердением изделий.

Способ Г.Н.Богданович: α-полугидрат получается варкой с перемешиванием водной суспензии порошка двуводного гипса в автоклаве под давлением 0,15-0,3МПа (отн.) в теч.1,5-2ч. При этом в суспензию вводят ПАВ-ССБ(3% по массе двугидрата) или мылонафт для модификации кристаллов полугидрата. Полученная водная суспензия полугидрата с В/Г= 0,4…0,6 после охлаждения до 100°С из автоклава направляется на изготовление изделий. Этот способ отличается кратковременным циклом ,исключения потерь сырья в виде отходов мелочи, а так же сушки продукта,а часто и изделий.

• Свойства.

α –и β модификации полуводного гипса по своим основным свойствам во многом одинаковы. Главное различие состоит преимущественно в показателях прочности. Все определения свойств гипсовых вяжущих производятся по ГОСТ 23789—79.

Истинная плотность этих разновидностей колеблется в пределах 2,6—2,75 г/см3. Насыпная плотность в рыхлом состоянии обычно составляет 800—1100, в уплотненном—1250—1450 кг/м3.

По ГОСТ 125—79 дисперсность гипсовых вяжущих оценивается по остатку на сите с размерами ячеек, в свету 0,2 мм (в % по массе от просеиваемой пробы). При этом различают следующие виды дисперсности: грубый помол (индекс I), остаток на сите не более 23%; средний помол (индекс II) — 14%; тонкий помол (индекс III) — 2 %.

Водопотребность. Теоретически для гидратации полуводного гипса с образованием двуводного необходимо 18,6 % воды по массе вяжущего вещества. Практически же для получения теста стандартной консистенции по ГОСТ 23789—79 (нормальная густота) для а-полугидрата требуется 35-45% воды.Стандартной консистенции соответствует расплыв массы до диаметра 180±5 мм.

Затвердевший гипс представляет собой твердое тело с высокой пористостью, достигающей 40—60 % и более. Естественно, что с увеличением количества воды затворения пористость гипсового изделия возрастает, а прочность уменьшается.

Водопотребность гипса увеличивается с повышением степени его измельчения. Вместе с тем измельчение его до удельной поверхности примерно 2500—3000 смг даже при некотором увеличении водопотребности смеси приводит к повышению прочности гипсовых отливок, поэтому целесообразно измельчать гипс тоньше, чем это предусмотрено стандартом.

Водопотребность гипса значительно снижается при введении с водой затворения замедлителей схватывания в количестве до 0,1—0,3% массы вяжущего. С помощью этих веществ удается снизить нормальную густоту строительного гипса на 10—15%, что способствует увеличению прочности гипсовых изделий.

Сроки схватывания гипса зависят от свойств сырья, технологии изготовления, длительности хранения, количества вводимой воды, температуры вяжущего вещества и воды, условий перемешивания, наличия добавок и др. Быстрее всех схватывается полуводный гипс, содержащий некоторое количество частичек неразложившегося двугидрата, являющихся центрами кристаллизации и вызывающих ускоренную гидратацию полуводного гипса. Схватывание гипса значительно ускоряется при за-творении его пониженным количеством воды по сравнению с тем, какое требуется для теста нормальной густоты, и наоборот.

Повышение температуры гипсового теста до 40—, 46 °С способствует ускорению его схватывания, а выше этого предела, наоборот, — замедлению. При температуре гипсовой массы 90—100°С схватывание и твердение прекращаются. Это объясняется тем, что при указанных и более высоких температурах растворимость полуводного гипса в воде становится меньше растворимости двугидрата. В результате прекращается переход полугидрата в двугидрат, а следовательно, и связанное с ним твердение. Схватывание замедляется, если гипс применяют в смеси с заполнителями — песком, шлаком, опилками и т. д.

Быстрое схватывание полуводного гипса является в большинстве случаев положительным его свойством, позволяющим быстро извлекать изделия из форм. Однако в ряде случаев быстрое схватывание нежелательно. Для регулирования сроков схватывания (ускорения и замедления) в гипс при затворении вводят различные добавки.

Прочность. По ГОСТ 125—79 прочность (3- и а-полу-водного гипса определяют испытанием образцов-балочек размером 4X4X16 см из гипсового теста стандартной консистенции (нормальной густоты). Балочки испытывают через 2 ч после изготовления на изгиб, а их половинки — на сжатие,

Прочность гипсовых вяжущих определяют в соответствии с требованиями ГОСТ 23789—79. Для этих вяжущих применяется условное обозначение с учетом их марки по прочности, сроков схватывания и дисперсности, например Г-5АП -— гипс прочностью 5 МПа, быстротвердеющий (А), среднего помола (индекс II).

Вяжущие высшей категории качества должны характеризоваться маркой не ниже Г-5 и максимальным остатком на сите № 02 не более 12 % по массе просеиваемой пробы. Они отмечаются в документах Знаком качества.

Для изготовления форм и моделей фарфорово-фаяи-совой, керамической и других отраслей промышленности гипсовые вяжущие выпускаются со сроками схватывания: начало схватывания не ранее 6 мин, конец — не позднее 30 мин (по ГОСТ 23789—79 — индекс Б — нор-мальнотвердеющий). Тонкость помола должна характеризоваться остатком на сите с ячейками размером в свету 0,2 мм не более 1 %. Кроме того, объемное расширение при твердении гипса должно быть не более 0,15 % и водопоглощение не менее 30 %. Вяжущие высшей категории качества для фарфорово-фаянсовой промышленности должны иметь марку не ниже Г-10. Эти вяжущие отпускаются только в мешках.

Свойства изготовленного полуводного гипса при хранении на складах изменяются. В частности, в течение первых двух—четырех недель наблюдаются уменьшение его водопотребиости и повышение прочностных показателей. Это объясняется образованием на поверхности частичек полуводного гипса под действием влаги воздуха пленок двугидрата. Пленки, защищая полугидрат от быстрого взаимодействия с водой, способствуют уменьшению водопотребиости материала и замедлению сроков схватывания. Однако длительное выдерживание гипса на складах приводит к значительной гидратации полугидрата, что вызывает увеличение водопотребиости, сокращение сроков схватывания и резкое падение прочности.

Прочность затвердевшего гипса в большой мере зависит от того количества воды, которое было взято при его затворении (водогипсовое отношение). По данным А. Г. Панютина, уменьшение водогипсового отношения с 0,7 до 0,4 позволяет увеличить прочность изделий из строительного гипса в 2,5—3 раза.

Прочность полуводного гипса при осевом растяжении в 6—9 раз меньше прочности при сжатии. Изделия из а- и р-полугидрата, изготовленные при одинаковом водогипсовом отношении, имеют близкие значения прочности.

Прочность на сжатие затвердевшего гипсового вяжущего и изделий из него в большой степени зависит от их влажности. В частности, даже сорбционное увлажнение до 0,5—1 % сухого гипсового образца, находящегося в воздухе с относительным содержанием паров воды 80— 100 %, снижает его прочность до 60—70 % прочности в высушенном состоянии. Дальнейшее влагонасыщение образна до 10—15 % уменьшает прочность примерно до 50 %, а полное водонасыщение — до 35—40 % прочности в высушенном состоянии. Это относится к образцам, изготовленным с водогипсовым отношением 0,5—0,7. Прочность образцов, более плотных, полученных при пониженных водогипсовых отношениях, при увлажнении снижается несколько меньше. Высушивание гипсовых изделий приводит обычно почти к полному восстановлению первоначальной прочности.

Такое влияние воды на прочность затвердевшего гипса можно объяснить растворением двуводного гипса в местах контакта кристаллических сростков в его структуре, вызывающим уменьшение его прочности.

Зависимость прочности гипса и гипсовых изделий от влагосодержания является их существенным недостатком. Эта зависимость определяется так называемым коэффициентом размягчения.

Прочность изделий из полуводного гипса снижается в той или иной мере при введении в них заполнителей. При этом органические заполнители (опилки, костра, торф) вызывают более значительное снижение прочности, чем минеральные.

Деформативность. Полуводный гипс при схватывании и твердении в первоначальный период обладает способностью увеличиваться в объеме приблизительно на 0,5— 1 %• Такое увеличение объема еще не окончательно схватившейся гипсовой массы не имеет вредных последствий..

Способность строительного гипса расширяться зависит от содержания в нем растворимого ангидрита. Установлено, что полугидрат расширяется при твердении на 0,5—0,15%, а растворимый ангидрит — на 0,7—0,8%. Поэтому гипс, обожженный при повышенных температурах и содержащий повышенное количество растворимого ангидрита, характеризуется большим расширением при твердении. Для уменьшения расширения в гипс при помоле вводят до 1 % негашеной извести, что снижает коэффициент расширения при твердении с 0,3 до 0,08— 0,1 %. Расширение гипса уменьшается с увеличением содержания в тесте воды, а также при введении в него замедлителей схватывания.

После первоначального расширения, как показывают опыты В. В. Помазкова, гипсовые изделия при последующем высыхании дают усадку в размере около 0,05— ОД % в результате уменьшения влажности с 5—10 до 1—2 %. Для уменьшения усадки целесообразно применять гипс в смеси с минеральными заполнителями в виде гипсобетона.

Гипсовые вяжущие а- и β-модификаций в затвердевшем состоянии, а также изделия из них проявляют большие пластические (остаточные) деформации, особенно при длительном действии изгибающих нагрузок (ползучесть). Эти деформации относительно невелики, если изделие полностью высушено. Однако увлажнение гипса до 0,5—1 %, а особенно до 5>—10 % и более вызывает значительное усиление необратимых пластических деформаций, которые с течением времени могут затухать лишь при небольших нагрузках, составляющих небольшую долго предела призмениой прочности изделия. Особенно резко проявляется ползучесть гипса под действием изгибающих нагрузок. Значительная подверженность затвердевшего гипса к деформациям ползучести в сильной степени ограничивает возможности его применения в конструкциях, работающих на изгиб.

Склонность изделий из полуводного гипса к большим пластическим деформациям под действием нагрузок объясняется скольжением кристаллов двуводного гипса в структуре затвердевшего изделия при его увлажнении, а также растворением двугидрата в местах контакта кристаллических сростков.

Ползучесть гипсовых изделий значительно уменьшается при введении в него портландцемента совместно с пуццолановыми (гидравлическими) добавками.

Долговечность. Изделия из β- и а-полуводиого гипса характеризуются большой долговечностью при службе их в воздушно-сухой среде. При длительном воздействии воды, особенно при низких температурах, когда изделия в водоиасыщенном состоянии систематически то замерзают, то оттаивают, они разрушаются.

Гипсовые изделия выдерживают обычно 15—20 и более циклов замораживания и оттаивания.

Водостойкость изделий можно несколько повысить: применением интенсивных способов уплотнения гипсобетонных смесей при формовании.Наиболее же эффективным оказалось применение смешанных вяжущих, представляющих собой композиции из полуводного гипса, портландцемента или доменных гранулированных шлаков и пуццолановых добавок.

Гипсовые изделия огнестойки. Они прогреваются относительно медленно и разрушаются лишь после 6—8 ч нагрева, т. е. при такой продолжительности пожара, которая маловероятна. Поэтому гипсовые изделия часто рекомендуют в качестве огнезащитных покрытий.

Стальная арматура в гипсовых изделиях в условиях нейтральной среды (рН = 6,5...7,5), особенно при значимой их пористости, подвергается интенсивной коррозии.

• Области применения. Гипсовые вяжущие применяют главным образом для производства гипсовой сухой штукатурки, перегородочных плит и панелей, элементов заполнения междуэтажных и чердачных перекрытий зданий, вентиляционных коробов и других деталей, используемых в конструкциях зданий и сооружений при относительной влажности воздуха не более 60%. Из гипса изготовляют разнообразные архитектурные, 'огнезащитные, звукопоглощающие и тому подобные изделия.

а-полуводный гипс, изготовляемый по более сложной технологии, чем β-полугидрат, с повышенными капиталовложениями и затратами энергоресурсов, должен использоваться при изготовлении таких изделий и конструкций, в которых его применение экономически оправдано. В частности, он является хорошим компонентом при изготовлении гипсоцементно-пуццолановых вяжущих (ГЦПВ) высоких марок, пригодных для производства армированных сталью бетонных изделий и конструкций, не требующих термообработки для ускорения их твердения.

№23 Февралев Илья

Ускорители и замедлители твердения гипсовых вяжущих. Механизмы действия таких добавок

для ускорения схватыва­ния и твердения ангидритовых вяжущих вводят вещества основного характера (известь или портландцемент в количестве менее 7 % массы; сульфаты – 3 % массы; смесь веществ основного характера и солевых - менее 5 % массы).

При использовании формовочного гипса (например, в керамической промышленности) в качестве замедлителей схватывания применяют ли­монную кислоту и ее соли. Эффективным замедлителем эстрих-гипса является вискомин. Уско­рить процесс схватывания эстрих-гипса можно за счет более тонкого помола или добавкой квасцов и некоторых других солей.

Недорогим и доступным замедлителем гипсовых вяжущих является технический лигносульфат (ЛСТ), сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) и упаренная последрожжевая барда (УПБ) и др.

В качестве замедлителя схватывания гипсовых вяжущих можно при­менять также этилендиамин, отход производства лимонной кислоты -упаренный фильтрат (БелГТАСМ), а также порошкообразный замедлитель на основе костного клея, обработанный кремнийорганической добавкой (ВНИИ горноспасательного дела).

По П. Роланду присутствие в гипсовых вяжущих добавок, которые способствуют повышению или понижению их растворимости, создает условия для ускорения или замедления процесса гидратации. При этом ско­рость гидратации зависит как от природы растворенного вещества, так и от концентрации его в растворе. Как правило, вещества, повышающие раство­римость гипсового вяжущего, являются ускорителями, а вещества, пони­жающие растворимость, - замедлителями. Большинство замедлителей и ускорителей схватывания отрицательно влияют на конечную прочность.

Более эффективное воздействие на (неводостойкие и водостойкие) гипсовые вяжущие вещества оказывают добавки суперпластификаторов в виде сульфированных меламино-формальдегидных смол (например, НИЛ-10 лаборатории НИЛФХМиТП и 10-03 лаборатории ВНИИЖелезобетона) и добавка в виде сульфированной нафталинформальдегидной смолы С-3.

Для регулирования процесса твердения во времени используют также различные полимеры, иногда совместно с ПАВ и стабилизаторами (Ж.П. До­кукина, И.М. Баранов) или комплексные добавки (Я.Л. Арадовский, В.Ф. Коровяков, В.В. Соколов, Г.Ю. Строева, А.В. Ферронская и др.).

Применение сополимеров дикарбоновых кислот замедляет сроки схватывания и способствует после полимеризации образованию сетчатой структуры, положительно влияющей на физико-механические свойства затвердевшего гипсового вяжущего.

Необходимо также отметить, что замедлители обычно вызывают усадку затвердевших гипсовых вяжущих, а ускорители, наоборот, приво­дящие к раннему образованию жесткого структурного каркаса, способст­вуют расширению.

Зная характер действия химических добавок, можно не только регулировать сроки схватывания и процесс твердения, но и управ­лять процессом структурообразования.