Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология материалов. Лабораторный практикум. Учебное пособие
.pdf
r
dr
d
d
mm
22
)(
18
Что после интегрирования даст
1
2
22
ln
)(
18
r
r
d
mm
ц
ц
1
r
hrr
12
2
12
)(
)/ln(18
тц
m
rr
d
где
– время осаждения частиц при центрифугировании, с;
,
, (3.6)
Пользуясь уравнением (3.6) можно найти диаметр твердых частиц
осаждающихся в центрифуге.
Рис. 3.2. Схема устройства центрифуги: 1 – электродвигатель, 2 ротор,
простом отстаивании при одинаковой высоте слоя осветленной
жидкости
– расстояние от оси центрифуги до поверхности жидкости.
.
. (3.7)
3,6 – гнезда, 4 – пробирки, 5 – переключатель
Сопоставим скорость осаждения при центрифугировании и при
31
oc
оц
ц
oc
f
V
V
. (3.8)
oc
ц
1
2
2
ln
r
r
g
h
f
p
K
rg
K
p
2
V
V
2
21
rrr
r
V
g
r
K
p
2
Подставив в уравнение (3.8) значения
(18), получим
Численное значение f показывает, во сколько раз быстрее
проходит осаждение частиц под действием центробежной силы по
сравнению с осаждением под действием силы тяжести.
Аналогичный смысл имеет безразмерная величина
называемая фактором разделения. Он равен отношению
центробежного ускорения к ускорению силы тяжести.
и
из уравнений (3.4) и
. (3.9)
,
,
где
Так как
помощи ножей или скребков, шнеков и поршней, либо под действием
силы тяжести и центробежной силы. Центрифуги различают по
устройству (стоячие и подвесные), и в зависимости от организации
процесса (периодические и непрерывно действующие).
Установка представляет собой отстойную центрифугу. На массивном
основании смонтирован электродвигатель, на вал которого насажен
ротор с гнездами, куда вставляются пробирки с исследуемой
суспензией. На кожухе расположен переключатель, ручкой которого
– окружная скорость частицы, м/с.
.
, то
. (3.9а)
Выгрузка осадка из центрифуги производится либо вручную, при
Описание установки
32
осуществляется ступенчатая регулировка скорости вращения
3060
2 nn
электродвигателя (рис. 3.2).
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с устройством центрифуги.
2. Приготовить две пробирки: в одну налить тонкую суспензию
из мела и воды в соотношении 1:3, в другую воду.
3. Вставить пробирки в углубление ротора. Во избежание
децентрирования центрифуги разница в массе
противоположных пробирок не должна превышать 0,5 г.
4. Закрыть крышку ротора.
5. Включить мотор центрифуги в сеть. Ручку скорости вращения
поставить на 1000 оборотов. Через время заданное
преподавателем остановить центрифугу (ручку поставить в
положение «0»).
6. Когда остановится ротор, открыть крышку центрифуги и
вынуть пробирки. Замерить высоту слоя осветленной
жидкости.
7. Опыт повторить для n = 1000 мин-1, n = 1500 мин-1и n = 3000
8. Перемешать суспензию в пробирке и поставить для
9. Полученные при замерах данные опыта заносят в табл. 3.1.
Определяют угловую скорость вращения по формуле
-1
мин
.При этом содержимое пробирок после предыдущего
опыта не выливать, а размешать суспензию тонкой палочкой.
определения времени отстаивания под действием силы
тяжести до высоты слоя осветленной жидкости, полученной
при вращении центрифуги n = 1000 мин-1, n = 1500 мин-1и n =
3000 мин
-1
.
Обработка результатов опытов
.
Определяют диаметр частиц, осаждающихся в центрифуге, по
уравнению (3.7). Для расчета вязкость среды (воды) находят по
таблицам [2], плотность мела и воды принимают равными
соответственно 1300 и 1000 кг/м
3
.
33
Таблица 3.1
Частота вращения центрифуги
n, об/мин
Время центрифугирования
ц
, с
Путь осаждения
h, мм
Значение
hrr
12
, мм
,
m
d
, мкм
оц
V
, м/с
f
p
K
Рассчитывают скорость осаждения при отстаивании под действием
силы тяжести по уравнению (3.2).
Определяют, во сколько раз скорость осаждения в центрифуге больше,
чем при простом отстаивании (по уравнению 3.9).
Рассчитывают фактор разделения центрифуги по уравнению 3.9а.
Результаты расчетов заносят в табл. 3.2.
Таблица 3.2
1. Какую величину называют фактором разделения?
2. Какую роль выполняет центробежная сила в фильтрующей и
3. Можно ли разделить в центрифуге суспензию, состоящую из
Контрольные вопросы
отстойной центрифуге?
жидкости и твердых частиц, если жидкость и частицы имеют
одинаковую плотность?
34
Лабораторная работа №4
ГИПСОВЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА
Цель работы: определение нормальной густоты и сроков схватывания
гипсового теста, определение прочностных характеристик гипса.
Основные понятия
Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служит
природный двуводный гипс, называемый гипсовым камнем
(CaSО
смесь гипса с глиной (гажа), и редко — отходы химической
промышленности (фосфогипс).
Получение гипсовых вяжущих основано на способности CaSО4∙2H
при нагревании полностью или частично дегидратироваться.
Получаемые при этом продукты, а именно CaSО
при известных условиях ангидрит, растворяются, обладают свойством
схватываться (отвердевать при затворении водой).
По условиям обжига, а также по скорости схватывания и твердения
гипсовые вяжущие вещества делятся на две группы: низко-и
высокообжиговые.
Низкообжиговые вяжущие вещества — быстросхватывающиеся и
быстротвердеющие, состоящие преимущественно из полуводного
сульфата кальция (CaSO4∙0,5H2O). К низкообжиговым гипсовым
вяжущим относятся строительный гипс и высокопрочный гипс.
Высокообжиговые вяжущие вещества — медленно схватывающиеся и
медленно твердеющие, в состав которых в основном входит безводный
сульфат кальция (CaSО
относят ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс (эстрих-гипс).
Для производства ангидритового цемента и высокообжигового гипса
может быть использован также природный безводный гипс-ангидрит
(CaSО4).
Строительным гипсом называется воздушное вяжущее вещество,
получаемое в результате термической обработки природного
гипсового камня и последующего измельчения продукта
обжига.
Основным процессом производства строительного гипса является
дегидратация (обезвоживание) двуводного гипса. Химически чистый
двуводный гипс состоит из следующих оксидов: СаО - 32,56%,
∙2Н20), а также породы, представляющие собой природную
4
∙0,5Н
О и CaSО
4
2
). К высокообжиговым гипсовым вяжущим
4
4
О
2
, а
35
SО3- 46,51% и Н2О - 20,93%. При нагревании двуводного гипса в
интервале температур 140—170° двуводный гипс быстро разлагается
на полуводный гипс и воду по реакции
CaSO4∙H2O = CaSO4∙0,5H2O + l,5H2O.
Теоретический состав полученного таким путем полуводного гипса
следующий: СаО — 38,63%, S0
—55,16% и Н
3
О—6,21%.
2
При получении строительного гипса необходимо строго следить за
температурой обжига сырья, так как при температуре около 200°
двуводный гипс полностью отделяет кристаллизационную воду и
постепенно переходит в безводный гипс — растворимый ангидрит,
наличие которого в полуводном гипсе ухудшает строительные
свойства получаемого вяжущего вещества.
Для получения строительного гипса термическую обработку
исходного сырья можно производить в варочных котлах, во
вращающихся и других видах печей.
В настоящее время наиболее распространенным способом
производства строительного гипса является термообработка гипсового
камня в варочных котлах.
Предварительно подсушенный и измельченный двуводный гипс из
бункеров поступает в варочный котел, в котором сырье подвергается
термообработке горячими дымовыми газами, омывающими котел
снаружи и проходящими по жаровым трубам. Для равномерного
обжига порошкообразный гипсовый камень непрерывно
перемешивается мешалкой. Полученный таким способом
строительный гипс выгружают через разгрузочное отверстие,
расположенное в нижней части котла, и отправляют на склад.
Высокопрочный гипс получается запаркой гипсового камня в
специальных герметически закрывающихся котлах-автоклавах при
температуре пара 125°. В результате испарения влаги из гипсового
камня в автоклаве создается давление пара 1,3атм, которое приводит к
образованию более крупных кристаллов полуводного гипса αмодификации, в отличие от кристаллов β-модификации гипса,
получаемых при атмосферном давлении. Гипс α-модификации
(высокопрочный гипс) имеет прочность в 3—4 раза выше по
сравнению со строительным гипсом. Высокопрочный гипс предложен
проф. Б. Г. Скрамтаевым и докт. техн. наук Г. Г. Булычевым.
При смешивании гипса с водой образующееся гипсовое тесто ,
которое постепенно густеет и переходит в твердое камневидное
состояние.
Сущность процессов, происходящих при твердении полуводного
гипса, согласно теории А. А. Байкова, заключается в следующем.
36
Полуводный гипс, затворенный водой, одновременно растворяется в
ней и гидратируется (присоединяет воду), превращаясь снова в
двуводный гипс по реакции
CaSO4∙0,5H2O + l,5H2O = CaSO4∙2H2O.
Образующийся двуводный гипс ввиду плохой растворимости быстро
насыщает водный раствор, который вскоре становится пересыщенным
по отношению к двуводному гипсу, и последний начинает выделяться
в дисперсном (коллоидном) состоянии. В результате появления новых
порций двуводного гипса и перехода коллоидных частиц в кристаллы
тесто загустевает, т. е. происходит «схватывание». В дальнейшем
кристаллы CaSО4∙2H
О срастаются между собой, образуя прочный
2
гипсовый камень.
Большое влияние на прочность гипсового камня оказывают
количество воды, взятой для затворения гипса, и тонкость его помола.
Теоретически для полной гидратации гипса требуется 18,6% воды от
веса гипса. Однако для получения подвижной и удобоукладываемой
массы высокопрочный гипс затворяют в 35÷45% воды, а строительный
гипс — в 50÷70% воды.
Избыточное количество воды, испаряясь в процессе твердения гипса,
приводит к высокой пористости гипсового камня, а следовательно,
снижает его прочность.
Твердеет гипс только в сухих условиях, и после полного высушивания
рост прочности гипсовых изделий прекращается. Поэтому для
ускорения твердения гипсовых изделий их часто подвергают
искусственной сушке. Однако необходимо иметь в виду, что сушка
гипсовых изделий должна происходить при температуре не выше 6570°. При более высокой температуре образующийся двуводный гипс
разлагается, что приводит к снижению прочности изделий.
Гипсовое тесто после его приготовления очень быстро теряет
пластичность и клеющую способность. С момента затворения гипса
водой эти свойства начинают пропадать через 4—5 мин (начало
схватывания) и совершенно исчезают через 6—30 мин (конец
схватывания).
В производственных условиях часто возникает необходимость
замедлить или ускорить схватывание гипса. Для этого в него вводят
специальные добавки.
В качестве ускорителей схватывания применяют молотый гипсовый
камень, частицы которого служат центрами кристаллизации и
способствуют более быстрому процессу образования кристаллов, или
37
поваренную соль и сульфат натрия, которые повышают растворимость
полуводного гипса в воде.
В качестве замедлителей схватывания используют водный раствор
столярного клея, сульфитно-спиртовую барду и др. Замедляющее
действие этих добавок заключается в том, что они понижают
растворимость полуводного гипса или обволакивают частицы гипса
тонкой пленкой, которая препятствует прониканию к ним воды.
При твердении гипсовое тесто увеличивается в объеме до 1%. Это
свойство строительного гипса позволяет формовать из него различные
архитектурные детали сложной конфигурации, так как гипсовые
отливки плотно заполняют формы.
В связи со сравнительно высокой растворимостью двуводного гипса в
воде (2,05 г/л) гипсовые изделия при увлажнении как бы размягчаются
и теряют прочность, т. е. не обладают водостойкостью. Например,
изделия, изготовленные из гипсового теста пластичной консистенции,
имеют коэффициент размягчения 0,2—0,35. Повышают водостойкость
гипсового камня путем использования гипсового теста жесткой
консистенции или вводя в гипс соответствующие добавки: известь,
молотый шлак, портландцемент.
Строительный и высокопрочный гипс используют для производства
гипсовых и гипсобетонных изделий. Можно использовать гипс для
кладочных растворов в надземных частях внутренних стен, но только
не во влажных помещениях.
Строительный гипс применяют также для отливки форм, моделей,
архитектурных деталей и декоративных изделий (карнизы, розетки,
уголки). Транспортируется гипс в контейнерах или навалом в вагонах
и автомобилях, оборудованных для защиты от атмосферных осадков и
загрязнения. Хранить гипс необходимо в закрытых помещениях или
ларях. Даже при указанных условиях хранения активность гипса
постепенно снижается.
Высокообжиговый гипс получается путем обжига двуводного гипса
или ангидрита при температуре 800-1000° с последующим
измельчением продукта обжига.
При удалении воды из частиц двуводного сульфата кальция в виде
пара (в открытых аппаратах) происходит диспергирование частиц,
порошкообразный двугидрат под воздействием выделяющихся паров
воды приобретает подвижность и начинает как бы кипеть. В
результате такой термической обработки происходит разрыхление
кристаллической решетки и образуется полуводный гипс в виде β-
модификации, который имеет вид тонких волокон. В результате
38
удаления воды образуются поры между отдельными волокнами и
внутри волокнистых кристаллов. Поэтому β-полугидрат
CaSO4·0,5H2Oотличается высокой дисперсностью, удельная
поверхность его частичек в 2,5-5 раз больше, чем у α-полугидрата, что
обусловливает его относительно высокую водопотребность.
Для получения α-CaSO4·0,5H2O применяется также способ
кипячения дигидрата в растворах солей хлоридов, сульфатов, нитратов
при температуре 100...110°C и атмосферном давлении. По такой схеме
получают высокопрочный технический и медицинский гипс.
Схватывание и твердение вяжущего вещества заключается в том, что
при смешивании с водой оно образует пластичную массу,
превращающуюся впоследствии в твердое камневидное тело с
определенной прочностью. Это превращение происходит не сразу, а
постепенно и обусловливается рядом химических и физических
процессов.
Способность вещества давать в смеси с водой пластичную массу
является весьма ценным свойством. Это свойство сообщает растворам
удобообрабатываемость, позволяющую заполнить все детали формы
или опалубки и придать еще не схватившейся массе ровную
поверхность.
Описание установки и порядок выполнения работы
а)Определение нормальной густоты гипсового теста
Гипсовым тестом принято называть пластичную тестообразную
однородную массу, состоящую из тонкомолотого строительного гипса
и воды, взятых в определенном количественном отношении. Гипсовое
тесто, освобожденное из полого сосуда диаметром 5 см и высотой 10
см, свободно растекающееся по горизонтальной поверхности,
образующее на ней конусообразную лепешку, диаметр основания
которой составляет 12 см, считается гипсовым тестом нормальной
густоты. Количественное соотношение в тесте между гипсом и. водой
характеризуется водогипсовым соотношением, которое, будучи
выраженным в процентах, может колебаться от 60 до 80 по
отношению к массе гипса.
Практически нормальную густоту гипсового теста определяют при
помощи вискозиметра Суттарда. Он состоит из плоскополированного
зеркального стекла размером 20×20 см и полого, латунного,
полированного цилиндра высотой 10 см и диаметром 5 см. На стекло
или на лист ватмана такого же размера, как и стекло, наносят шкалу
(ряд концентрических окружностей диаметром от 6 до 14 см через
39
каждый сантиметр и от 14 до 20 см - через каждые 2 см). Лист с
нанесенными окружностями подкладывают под стекло и плотно
прижимают к нему. Поверхность стекла и латунный цилиндр перед
каждым опытом осматривают, очищают от загрязнений и остатков
прежних испытаний. Чистое стекло вместе с прикрепленной к нему
шкалой из концентрических окружностей кладут по уровню строго
горизонтально на стол. Зеркальную поверхность стекла смачивают
влажным тампоном из мягкой ткани, в центре стекла устанавливают
латунный цилиндр, предварительно увлажненный с внутренней
стороны.
Среднюю пробу гипса просеивают через сито № 02 и из нее берут на
технических весах навеску 300 г. В круглодонную фарфоровую чашку
диаметром 400 и высотой 100 мм наливают 180 мл воды и постепенно
всыпают в нее отвешенную навеску, перемешивая ее специальной
лопаткой до получения однородной массы. Продолжительность этой
операции недолжна превышать 30с.Полученную массу оставляют в
спокойно состоянии на 1 мин, затем перемешивают двумя резкими
взмахами лопатки и быстро наполняют ею полый латунный цилиндр,
установленный на стекле. Излишек массы снимают вровень с краями
цилиндра влажным ножом (на всю эту операцию должно
затрачиваться не более 30 с).Латунный цилиндр захватывают правой
рукой и быстро строго вертикально поднимают, освобождая гипсовое
тесто, которое, растекаясь по стеклянной пластинке и образуя
коническую лепешку, характеризует консистенцию гипсового теста.
Если диаметр лепешки меньше 12 см -тесто слишком густое,
следовательно, количество взятой воды было мало, если же более 12
см - тесто излишне жидкое, т.е. в нем много воды. В обоих случаях
опыт повторяют в указанном порядке,изменяя соответствующим
образом количество воды до тех пор,пока будет получена нормальная
густота теста. Затраченное на эту операцию количество воды
выражают в процентах по отношению к навеске гипса или в
миллилитрах на 100г гипса. Эта величина представляет собой
водогипсовое отношение и характеризует нормальный расход воды
для получения гипсового теста нормальной густоты.Этим
водогипсовым отношением пользуются при изготовлении образцов
для дальнейших испытаний гипса.
Чтобы получить тесто нормальной консистенции при изготовлении
литых изделий, требуется 60-80 % воды от массы обычного
строительного гипса и 35-45 % воды от массы высокопрочного гипса.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]