1 Мешалка; 2 привод; 3 электродвигатель; 4 котел;
5 Жаровые трубы; 6 выгрузочный желоб; 7 днище
Наиболее совершенным способом получения строительного гипса является способ совмещенного помола и обжига гипсового камня, позволяющий широко механизировать и автоматизировать производственный процесс (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Схема производства строительного гипса путем
одновременного обжига и помола в шаровой мельнице
1 Бункер; 2. тарельчатый питатель; 3 смесительная камера; 4 – шаровая
мельница; 5 – сепаратор; 6, 7 – шнеки; 8 – циклон; 9 – склад готовой продукции
Высокопрочный гипс. Строительный гипс получают нагреванием природного гипса при нормальном давлении; при этих условиях образуется β-модификация полуводного гипса, обладающая повышенной водопотребностью при затворении (60-80 % воды). По этой причине затвердевший гипсовый камень имеет высокую пористость и низкую прочность.
При нагревании же двуводного гипса под давлением получается полуводный гипс в виде α-модификации α-CaSО4·0,5H2O), которая образуется в форме коротких плотных кристаллов с несколько большей плотностью и имеет значительно меньшую водопотребность при затворении (40-45 % воды), что позволяет получать затвердевший гипсовый камень с большими плотностью и прочностью.
Определение: гипс, полученный нагреванием под давлением, называют высокопрочным.
Eгo получение основано на термической обработке двуводного гипса насыщенным паром под давлением не более 1,3 атм (избыточных), что соответствует температуре пара 124 0С, с последующей сушкой.
4.3.2.1. Схватывание и твердение строительного гипса
При затворении строительного гипса достаточным количеством воды (60-80 % его массы) образуется пластичное тесто, которое затем начинает быстро загустевать.
Определение: время от начала затворения гипсового теста до полной потери им пластичности называют периодом схватывания.
За периодом схватывания следует период твердения, характеризующийся переходом теста в камневидное состояние с постепенным нарастанием прочности. При затворении строительного гипса водой полугидрат CaSО4·0,5H2O с поверхности зерен растворяется с образованием насыщенного раствора (8,5 г/л в пересчете на CaSO4). Так как растворимость двуводного гипса примерно в 3,5 раза меньше, чем полуводного, то в жидкой фазе (растворе) возникают центры кристаллизации двуводного гипса, образующегося по реакции
CaSO4 0,5Н2О + 1,5 Н2О = СаSO4·2Н2О + q. (4.5)
в виде трехмерных зародышей. Скорость возникновения зародышей, т. е. число зародышей, образующихся в единице объема в единицу времени, тем больше, чем выше степень пересыщения жидкой фазы, т. е. растворимость полугидрата.
Схватывание теста (его загустевание) начинается при таком числе зародышей или субмикрокристаллов, при котором между ними через тонкие прослойки жидкости начинают проявляться Ван-дер-Ваальсовы силы молекулярного сцепления с образованием рыхлой пространственной сетки.
Подобную структуру теста, возникающую в начальный период взаимодействия вяжущего с водой, принято называть коагуляционной. Характерным свойством коагуляционных структур является их тиксотропность, т. е. способность к обратимому восстановлению после механического разрушения.
Возникновение из пересыщенной жидкой фазы кристаллических зародышей новой фазы, в данном случае двуводного гипса, затем прекращается и происходит только рост кристаллов, который энергетически более выгоден, чем возникновение трехмерных зародышей новой фазы.
Рост кристаллов новой фазы приводит к образованию кристаллизационной структуры, т. е. кристаллического сростка, образованного срастанием отдельных кристаллов. Прочность кристаллизационной структуры определяется ее плотностью, т. е. степенью заполнения объема твердеющего гипсового камня кристаллами двуводного гипса, и прочностью контактов срастания кристаллов. Процесс обрастания образовавшегося кристаллического каркаса продолжается до тех пор, пока существует жидкая фаза и пока весь полугидрат не перейдет в двуводный гипс.
При высыхании затвердевшего гипсового камня прочность его повышается, так как испарение пленочной воды сопровождается упрочнением контактов срастания кристаллов двуводного гипса.