книги из ГПНТБ / Волженский А.В. Гипсовые вяжущие и изделия (технология, свойства, применение)

По степени дегидратации и способу производства можно составить классификацию гипсовых вяжущих ве­ ществ, приведенную в табл. I. 6.

Основными техническими свойствами гипсовых вя­ жущих являются: тонкость помола, водопотребность при затворении вяжущего с получением теста нормальной густоты, сроки схватывания, механическая прочность в

ризуется соотношением в нем частиц различных разме­ ров и выражается остатком в % по массе на стандарт­ ных ситах. Дисперсность вяжущего влияет на водогип­ совое отношение, механическую прочность и скорость схватывания и является важным показателем качества гипса.

Н о р м а л ь н о й г у с т о т о й полуводного гипса на­ зывают такую консистенцию водогипсовой смеси, при­ готовленной в соответствии с требованиями ГОСТ, при которой она, вытекая из металлического цилиндра (ви­ скозиметра Суттарда), образует на стекле лепешку диа­ метром 120 мм.

Нормальная густота гипсового теста находится в прямой зависимости от состава сырья, способа получе­ ния гипсового вяжущего и тонкости помола и является важнейшим показателем, ' влияющим на формовочные свойства массы и механическую прочность. Теоретиче­ ски для гидратации полуводного гипса необходимо 18,6% воды от массы вяжущего вещества. Практически для получения теста нормальной густоты строительный гипс требует 50—70%, а высокопрочный гипс 30—40% воды.

Затвердевший строительный пипс представляет собой

пористости и повышения прочности можно достичь вве­ дением с водой затворения пластифицирующих добавок.

В практике часто пользуются понятием «рабочий во­ догипсовый фактор», который представляет собой коли­ чество воды в % от массы гипса, необходимое для прида­ ния тесту нужной рабочей консистенции. Водогипсовый фактор зависит от вида вяжущего, температуры воды затворения и метода формования изделий. Величина его оказывает влияние не только на удобоукладывае-

32

массы

I. В я ж у щ и е , п о л у ч а е м ы е т е п л о в о й о б р а б о т к о й

со03

Продолжение табл. 1.6

мость гипсовой массы (раствора, бетона), но и на ко­ нечную прочность изделий и расход тепла на их высу­ шивание после формования. Чем выше водогипсовый фактор, тем, при прочих равных условиях, больше по­ ристость изделий, ниже механическая прочность и боль­ ше расход тепла на их сушку.

С р о к и с х в а т ы в а н и я определяются временем от начала затворения гипсового теста до начала и конца схватывания при помощи прибора Вика. Здесь уместно напомнить, что схватывание гипса значительно ускоря­ ется при затворении его пониженным количеством воды по сравнению с тем, какое требуется для теста нормаль­ ной густоты, и наоборот.

М е х а н и ч е с к а я п р о ч н о с т ь гипсового образца определяется пределом прочности при сжатии (растяже­ нии) образцов, испытанных после твердения в различ­ ных условиях в зависимости от вида вяжущего.

По данным А. Г. Панютина, уменьшение водогипсо­ вого отношения с 0,7 до 0,4 позволяет увеличить проч­ ность изделий из строительного гипса в 2,5—3 раза.

Б. Г. Скрамтаев считает, что прочность затвердевше­ го гипсового камня повышается пропорционально чет­ вертой степени его плотности. Поэтому снижение водо­ гипсового отношения с одновременным механическим уплотнением формуемой смеси следует рассматривать как эффективное мероприятие, значительно повышаю­ щее прочность получаемого изделия.

Прочность образцов из затвердевшего гипса во мно­ гом зависит от их влажности.

Выдерживание образцов во влажной среде практиче­ ски не приводит к росту прочности. Лишь их высыхание вызывает ее рост. Прочность гипсовых образцов, высу­ шенных до постоянной массы при температуре не выше 70°С, в 2—2,5 раза выше прочности влажных образцов.

Даже сорбционное увлажнение сухого гипсового об­ разца (0,5—1%) снижает его прочность до 60'—70% от прочности такого же в высушенном состоянии. При пол­ ном водонасыщении прочность образца составляет 35— 40% прочности его в высушенном состоянии (при водо­ гипсовом отношении образца 0,5'—0,7).

Таким образом, одним из главных недостатков гип­ са является зависимость его прочности от влагосодержания, характеризующаяся так называемым коэффициен­ том размягчения. Этот коэффициент представляет собой

36

отношение показателей И|рочпостп водонасыщениых об­ разцов к прочности образцов, высушенных до постоян­ ной массы, значение его колеблется обычно в пределах 0,3—0,45. При применении жестких смесей, по данным Г. Д. Копелянского и С. С. Печуро, коэффициент раз-

.уягчения повышается до 0,5.

Д е ф о р м ат н в н ость. Полуводный гипс при схва­ тывании и твердении в первоначальный момент облада­ ет способностью увеличиваться в объеме приблизитель­ но на 0,5—1%. Увеличение объема еще не схватившей­ ся массы не имеет вредных последствий, наоборот, в ря­ де случаев оно является важным (например, при изго­ товлении архитектурных деталей), так как при этом 1ипсовые отливки хорошо заполняют формы и точно пе­ редают их рельеф.

Способность строительного гипса расширяться опре­ деляется наличием в нем растворимого ангидрита. Так, установлено, что полугидрат расширяется при тверде­ нии на 0,05—0,15%, а растворимый ангидрит — на 0,7—0,8%. Большим увеличением объема при твердении характеризуется гипс, обожженный при повышенных температурах и содержащий повышенное количество растворимого ангидрита. Высокопрочный гипс обычно расширяется в пределах до 0,2%. Регулировать объем­ ное расширение можно ;вводом негашеной извести (1% негашеной извести снижает коэффициент расширения до

0,08—0,1%).

При дальнейшем твердении и высыхании, как пока­ зывают многие исследователи, в частности В. В. Помаз­ ков, происходит усадка в пределах 0,05—0,1%.

Затвердевший полуводный гипс (строительный и вы­ сокопрочный) и изготовленные из него изделия характе­ ризуются сильно выраженным свойством проявлять зна­ чительные пластические деформации, особенно под дей­ ствием нагрузок (ползучесть). Эти деформации сравни­ тельно малы, если изделие находится в сухом состоя­ нии. Однако увлажнение гипса даже до 0,5—1% (осо­ бенно до 5—10% и более) вызывает значительное уве­ личение необратимых деформаций. Особенно резко про­ является ползучесть под действием изгибающих нагру­ зок. Все это ограничивает возможности его применения в несущих конструкциях, и прежде всего работающих на изгиб.

Выгодно отличаются от воздушных гипсовых вяжу-

37

щпх гипсоцементнопуццолааовые (ГЦ.П) и пш-соцемент- ношлакопуццолановые (ГЦШП) вяжущие [-88], которые

Важно отметить, что если гипсовые бетоны, особен­ но во влажном состоянии, отличаются высокими пока­ зателями ползучести, то ползучесть бетона на гипсоцементнопуццолановых вяжущих (при содержании 20— 25% и более портландцемента в составе вяжущего) ха­ рактеризуется показателями, близкими к показателям бетона на портландцементе. Кроме того, бетоны на этих вяжущих характеризуются теми же упругопластически­ ми свойствами, что и бетоны на портландцементе рав­ ных по прочности марок.

Сравнение технических свойств гипсовых вяжущих со стандартами зарубежных стран указывает на некото­ рое их отличие.

Это прежде всего относится к показателю сроков схватывания. В зарубежных стандартах (Англия, США, Канада, ФРГ) указана значительно большая продолжи­ тельность интервала между началом и концом тверде­ ния. Объяснить это можно в -первую очередь введением различных добавок в гипсовые вяжущие, кроме того, различием методов определения нормальной густоты.

Отличительной особенностью зарубежных стандартов является также наличие нескольких классов того или иного гипсового вяжущего.

Что касается показателей прочности и тонины помо­ ла, то в наших стандартах они находятся примерно на

П.1. СТРОИТЕЛЬНЫЙ г и п с

Строительным гипсом называется вяжущее вещество, состоящее в основном из p-полугидрата и получаемое обжигом природного гипса с последующим или предше­

38

ствующим этой обработке измельчением в тонкий по­ рошок.

По ГОСТ 125—70 предел прочности при сжатии об­ разцов в возрасте 1,5 ч должен быть для первого сорта не менее 55, для второго сорта не менее 45 и для третье­ го— не менее 35 кгс/см2.

Обжиг двуводного гипса в тепловых установках обес­ печивает выделение кристаллизационной воды, в основ­ ном в виде перегретого пара и образование преимущест­ венно p-полугидрата по схеме CaS04-2H20 = p-iCaS04-

• V2H2O+I V2H2O. При этом затрачивается тепло в ко­ личестве 138,6 ккал на 1 кг полугидрата.

При переходе в полугидрат гипс теряет 15,76% воды, при этом коэффициент выхода его (теоретический) ра-

15 76

вен: 1— jpg— «0,842. Таким образом, для получения 1 т

гипса н е о б х о д и м о «1,188 т двуводного гипса.

Практический коэффициент выхода продукта с уче­ том содержания в сырье гигроскопической и гидратной воды рассчитывается по формуле [25]:

гипсовото камня состоит из следующих основных опе­ раций: дробления его, помола и обжига.

В настоящее время в зависимости от порядка вы­ полнения указанных операций определились следующие способы производства строительного гипса:

1) предварительная сушка и измельчение сырья в порошок нужной дисперсности с последующей дегидра­ тацией гипса в различных обжиговых аппаратах (ва­ рочный котел и др.);

2) обжиг гипса в виде кусков различных размеров в разных печах (в основном во вращающихся) с измель­ чением полугидрата в порошок после обжига;

39

3) совмещение операций сушки, помола и обезвожи­ вания двуводного гипса в мельницах.

Производство строительного гипса с тепловой обработкой в варочных котлах

По схеме производства строительного гипса с при­ менением варочных котлов (рис. II.I) камень в кусках размером 300—500 мм доставляется из рудников и карьеров на завод, где подвергается дроблению в щековых и молотковых дробилках. В щековых дробилках

Рис. II. 1. Схема производства строительного гипса с применением

варочных котлов

1—приемный бункер камня; 2—пластинчатый транспортер; 3—дробилка; 4—элеватор; 5—транспортер; б-—бункер гипсового щебня; 7—тарельчатый пи­

осуществляется первичное дробление камня до размера кусков 30—50 мм, в молотковых дробилках — вторичное дробление до размера частиц 0—15 мм. Все чаще начи­ нает применяться одностадийное дробление в молотко­ вых дробилках до величины частиц 0—25 мм. В гипсо­ вой промышленности получили применение щековые дробилки марок СМ-182Б и СМ-11Б, молотковые дро­ билки— СМ-218 и СМ-431.

Измельчение гипсового щебня производят в аэробильных, шахтных, ролико-маятниковых и других мельни­ цах. Помол гипса в мельницах должен обеспечивать по­ лучение порошка преимущественно с кубической формой частиц (а не лещадной). Это создает условия для наи­

40

более быстрого и равномерного удаления гидратной во­ ды из кристаллов гштса. Лучшими для этого являются мельницы, измельчающие материал ударным воздейст­ вием, например шахтные (рис. II. 2), а также ролико-ма­ ятниковые мельницы (рис. II. 3). В этих мельницах по­ мол двуводного гипса совмещен с операцией сушки. Температура газов для сушки при входе в мельницы ко­ леблется от 300 до 500°С.

Для достижения требуемой тонкости помола гипса (не более 15% остатка на сите № 02) скорость газово­ го потока в шахтной мельнице и помольной камере ро­ лико-маятниковой мельницы должна составлять соот­ ветственно 2,8—4 и 4—6 м/сек. Производительность шахтных и ролико-маятниковых мельниц, применяемых в настоящее время, равна 3—5; 12—25 т/ч для первых и 10 т/ч — для вторых.

Из мельниц газопылевая смесь проходит через сис­ тему пылеочнстительных устройств. Движение газов в системе принудительное, осуществляется оно с помощью центробежных вентиляторов. До недавнего времени га­ зоочистительная система гипсовых предприятий состоя­ ла из нескольких ступеней очистки: сдвоенных цикло­ нов НИИОГаз, групп циклонов малого диаметра и ру­ кавных фильтров.

Циклоны предназначены для очистки запыленного воздуха от взвешенных в нем твердых частиц. Темпера­ тура входящих в них газов не должна быть выше 400°С. Циклоны отличаются простотой конструкции и надежностью в работе. Газ, поступающий в циклон по касательной, приобретает вращательное движение, бла­ годаря чему более крупные частицы пыли отбрасывают­ ся к стенкам корпуса, теряют скорость и падают вниз через коническую часть в бункер или шнек. Газы с остатками пыли выбрасываются или отводятся в сле­ дующий обеспыливающий аппарат. Обычно устанавли­ вают группы (батареи) циклонов малого диаметра, соединенных параллельно. Так как величина центробеж­ ной силы, создаваемой в циклоне, обратно пропорцио­ нальна его радиусу, объединение циклонов меньшего диаметра в секции дает возможность, не снижая общей производительности, доводить степень очистки газов до 80—90%.

Рукавные фильтры не получили распространения в гипсовой промышленности. Ткань рукавов, не рассчитан-

41

?/>5а

то

Рис. П.З. Ролико-маятниковая мельница

/—помольная камера; 2—вертикальный вал; 5—крестовина; 4—маятники; 5—ролики; 6—барабанный питатель; 7—труба

42