Высокообжиговый гипс ( эстрих-гипс ). Сырье, производство, применение

 

Продукт получаемый обжигом двуводного гипса при 800-950 °С с последующим измельчением. Состоит в основном из безводного сернокислого кальция и небольшого количества ускоритель для твердения – оксида кальция.

Высокообжиговый ангидрит должен содержать: нерастворимый ангидрит – 75-80%; оксид кальция свободный; сульфаты, силикаты, ферриты и алюминаты – 2-4%; полуводный гипс – 8-15%; глинистые примеси – не более 7-10%; сернистый кальций – не более 0,1 %.

Высокообжиговый гипс повышенного качества получают из сырья, содержащего до 3-4% доломитов или известняков, а так же до 5-7% глинистых примесей.

Производство такого вяжущего включает в себя: дробление гипсового камня, обжиг в шахтно-полочных или других печах и измельчение продукта до остатка на сите №2 не бале 5%.

Схватывание и твердение при затворении водой, обусловленной образованием двуводного гипса из безводного сернокислого кальция. В щелочной среде скорость гидратации нерастворимого ангидрита возрастает, обусловленной растворением в воде оксида кальция, а также присутствие сульфатов калия и натрия.

Насыпная плотность в рыхлом состоянии – 900-1100, в уплотненном 1300-1700 кг/м³. Водопотребность в пределах 30-35%.

Схватывание должно наступать не ранее 2 ч от момента затворения, конец схватывания не нормируется.
высокообжиговый гипс разделяют на марки: 100, 150 и 200. При твердении он должен находиться во влажном состоянии в течении 1-2 мес.

Применяют его для изготовления бесшовных полов и подготовки под линолеум, в растворах для кирпичной кладки и штукатурки, а так же для производства изднлий из искусственного мрамора.

 

1. Процессы при схватывании и твердении полуводного гипса.

Схватывание и твердение обусловлены переходом их при взаимодействии с водой в двугидрат по схеме СаSO₄·0,5H₂O+1,5H₂O=CaSO₄·2H₂O+133 кДж/кг.

Существующие в настоящее время теории твердения вяжущих веществ развивает преимущественно физико-химические представления о механических образований гидратных соединений.

1. Теория Ле Шателье 1887 год: вяжущие при взаимодействии с водой растворяется, с образованием полугидрата гипса, который в свою очередь переходит в двуводный гипс. Растворимость двуводного гипса в 4 раза выше растворимости полугидратов. Создаются условия для обрабатывания зародышей кристаллов двуводного гипса и выделение ихиз раствора. По мере выделения кристаллов двуводного гипса они увеличиваются в размере, переплетаются и срастаются, обуславливая схватывание и последующее твердение.

2. Теория А.А. Байкова 1923 год. Разделил процесс твердения на три этапа:

Первый: при смешивание гипса с водой полугидрат растворяется, образуя его насыщенный раствор.

Второй: вода взаимодействуя полугидратом с присоединением ее к твердому веществу. Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде высокодисперсных кристаллов и к образованию коллоидной массы в виде геля, что сопровождается схватыванием.

Третье: частицы двух гидратов коллоидных размеров перекристаллизовываются с образованием более крупных кристаллов, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности.

Данные периоды не следуют строго друг за другом. Они налагаются так, что в твердеющей массе одновременно протекают процессы коллоидообразования, характерные для второго периода, и процессы перекристаллизации в более крупные процессы.

Гидратация основной массы полуводного гипса и кристаллизация двугидрата практически заканчиваются одновременно через 20-40 минут после затворения. К этому же времени достигается максимальная прочность системы во влажном состоянии. Прочность затворенного гипса по мере высыхания возрастает, что объясняется испарением воды. При этом из водного раствора выделяется двуводный гипс, способствующий упрочнению контакта между кристаллами сростками. При полном высыхании рост прочности прекращется.

 

1. Регулирование сроков схватывания.

Гипсовые вяжущие β- и α-модификаций являются быстротвердеющими. В зависимости от сроков схватывания различают 3 вида гипсовых вяжущих, классифицируемых следующим образом: медленнотвердеющий (индекс В)20-не нормируется мин.

Сроки схватывания гипса зависят от свойств сырья, технологии изготовления, длительности хранения, количества вводимой воды, температуры вяжущего вещества и воды, условий перемешивания, наличие добавок и др. быстрее всех схватывается полуводный гипс, содержащий некоторое количество частичек неразложившегося двугидрата. Схватывание гипса ускоряется при затворении его пониженным количеством воды по сравнению с тем, которое требуется для теста нормальной густоты, и наоборот.

Повышение температуры гипсового теста до 40-45 ⁰С способствует ускорению его схватывания, а выше этого предела, наоборот – к замедлению. При температуре 90-100 ⁰С схватывание и твердение прекращается, т.к. при более высоких температурах растворимость полуводного гипса в воде становится меньше растворимости двугидрата. Схватывание замедляется, если гипс применяют в смеси с заполнителями – песок, шлак, опилки и т.д.

Быстрое схватывание позволяет быстрее извлекать изделия из форм.

В.Б.Ратинов разделяет добавки для регулирования сроков схватывания на 4 класса.

1 класс – это добавки, изменяющие растворимость вяжущих и не вступающие с ними в химические реакции. Сроки схватывания ускоряются, если добавит например NaCl, KCl, Na₂SO₄. Например NaCl увеличивает растворимость полугидрата и, следовательно, является ускорителем, а при других, уменьшая растворимость, является замедлителем.

2 класс – вещества, реагирующие с вяжущими веществами с образованием труднорастворимых или малодиссоциирующих соединений. Добавки этого класса образуют на поверхности полугидрата защитные пленки из труднорастворимых соединений, в результате чего схватывание гипса замедляется.

3 класс – вещества, являющиеся готовыми центрами кристаллизации. Для гипсовых вяжущих таковыми являются CaSO₄·2Н₂О, CaHPO₄·2H₂O и др. они ускоряют схватывание.

4 класс – поверхностно-активные добавки. Они уменьшают скорость образования зародышей кристаллов. Эти добавки известны как пластификаторы и замедлители схватывания гипса. Они придают тесту повышенную подвижность и снижают количество воды затворения.

Иногда применяют комплексные добавки.

 

1. Прочность ГВВ.

 

По ГОСТу 237-89 прочность гипса проверяют испытанием образцов балочек 4*4*16 из теста нормальной густоты и испытанных через 2 ч от момента изготовления.

Строительный гипс в зависимости от предела прочности при изгибе и сжатии разделяют на марки: Г-2(низкая)…Г-25(высокая) (ГОСТ 25).

Прочность гипсовых образцов высушенных до постоянной массы до температуры 70 ⁰С в 2-2,5 раза выше прочности образцов 2-х часового возраста.

Прочность затворяемого гипса зависит от количества воды затворения. По заданным А.Г.Панютина, уменьшение водогипсового отношения с 0,7 до 0,5 позволяет увеличить прочность в 2,5-3 раза.

Прочность на сжатие затворенного гипса зависит и от его влажности. В частности, даже сорбционное увлажнение до 0,5-1% сухого гипсового образца находятся на воздухе с относительной влажностью 80%, снижает его прочность до 60-70%, дальнейшее влагонасыщение до 10-15% снижает его прочность до 50%. Полное влагонасыщение снижает прочность до 35-40%. Т.об. это можно объяснить, растворением двуводного гипса в местах контакта кристаллических сростков.

 

1. Деформативность и долговечность ГВВ.

Полуводный гипс при схватывание и твердении в первоначальный период обладает способностью увеличиваться в объеме на 1%.

Способность строительного гипса расширяться зависит от соединения в нем растворимого ангидрида.

Полугидрат растворяется при твердении примерно на 0,5%, а растворимый ангидрид на 0,8%.

При повышенных температурах, обожженный гипс, соединяющий повышенное количество растворенного ангидрида характеризуется большим расширением при твердении.

Для уменьшения растворения в гипсе при помоле веществ до1% негашеной извести, что снижает коэффициент расширения до 0,1%.

После первоначального расширения гипс при последующем высыхании дает усадку до 0,1%. При изготовлении крупноразмерных изделий сопровождается значительными внутренними напряжениями и снижают прочность и образование трещин.

Для уменьшения усадки применяются минеральные заполнители. Затвердевший полуводный гипс и изделия из него проявляют большие пластические деформации, особенно при длительном действии нагрузок (ползучесть). Эти деформации невелики, если невелика влажность гипса, но увлажнение гипса на 1% приводит к значительному росту пластических деформаций. Особенно резко проявляется ползучесть под действием изгибающих нагрузок, что ограничивает возможность применение гипса в конструкциях, работающих на изгиб.

Склонность изделий из полуводного гипса к большим пластическим деформациям под действием нагрузок объясняется скольжением кристаллов двуводного гипса в структуре готового изделия при увлажнении.

Изделия из β- и α-полуводного гипса характеризуются при службе их в воздушно-сухой среде. При длительном воздействии воды, особенно при низких температурах, когда изделия в водонасыщенном состоянии систематически, то замерзают, то оттаивают, они разрушаются.

Гипсовые изделия выдерживают 15-20 и более циклов замораживания и оттаивания.

Водостойкость изделий можно несколько повысить: применением интенсивных способов уплотнения гипсобетонных смесей при формовании; введением в гипс и изделия из него большого количества синтетических смол и др.; нанесением подковных пленок или пропитыванием изделий растворами синтетических смол, гидрофобными веществами и др.

Гипсовые изделия огнестойки. Они прогреваются относительно медленно и разрушаются лишь после 6-8 ч нагрева.

 

1. Свойства и применение строительного гипса.

 

Гипсовые вяжущие применяют главным образом для производства гипсовой сухой штукатурки, перегородочных плит и панелей, элементов заполнения междуэтажных и чердачных перекрытий заданий, вентиляционных коробов и других деталей, используемых в конструкциях зданий и сооружений. Из гипса изготавливают разнообразные архитектурные, огнезащитные изделия. Из β-гипса изготавливают стеновые камни, панели и блоки. При этом необходимо защищать наружные готовые изделия от увлажнения.

Свойства гипса.

А) Водостойкость: способы повышения водостойкисти гипса:

1. Применение интенсивного уплотнения при деформировании;

2. Введение в гипс небольшого количества синтетических смол и кремнеорганической жидкости;

3. Нанесение покрывных пленок или пропитка растворами синтетических смол.

Б) Огнестойкость:. Они прогреваются относительно медленно и разрушаются лишь после 6-8 ч нагрева.

В) Прочность: Прочность затворяемого гипса зависит от количества воды затворения. По заданным А.Г.Панютина, уменьшение водогипсового отношения с 0,7 до 0,5 позволяет увеличить прочность в 2,5-3 раза.

Г) Деформотивность

Д) Долговечность: Изделия из β- и α-полуводного гипса характеризуются при службе их в воздушно-сухой среде. При длительном воздействии воды, особенно при низких температурах, когда изделия в водонасыщенном состоянии систематически, то замерзают, то оттаивают, они разрушаются.

Гипсовые изделия выдерживают 15-20 и более циклов замораживания и оттаивания.

1. Магнезиальные вяжущие вещества.

Кроме гипсовых и известковых вяжущих веществ, к воздушным вяжущим веществам относят магнезиальные вяжущие: каустический магнезит и каустический доломит.

Каустический магнезит получают в результате обжига природного магнезита MgC03 до выделения из него С0₂, с последующим тонким помолом полученного продукта.

Каустический доломит получают в результате декарбонизации при обжиге природного доломита после размола обожженного продукта.

Сырьевые материалы для получения магнезиальных вяжущих веществ, а именно природный магнезит и природный доломит, всегда в своем составе содержат такие примеси, как известь, песок, глины, соединения железа и т. д. От количественного содержания этих примесей зависит и качество изготовляемых вяжущих веществ.

Теоретически магнезит состоит из 47,82% MgO и 52,18% С0₂; доломит из 30,41% СаО, 21,87% MgO и 47,72% С0₂.

Кроме природных сырьевых материалов, в качестве сырья для производства магнезита могут быть использованы электронные шлаки, получающиеся в виде отходов при получении сплава из металлического магния и алюминия.

Производство магнезиальных вяжущих веществ заключается в добыче сырья, его дроблении, обжиге и помоле обожженного продукта.

Обжигают сырьевые материалы обычно в шахтных или вращающихся печах. В зависимости от этого выбирают соответствующую величину куска раздрабливаемого материала и соответствующие дробилки.

Во время обжига природный магнезит MgC0₃ декарбонизируется по реакции MgC0₃->MgO+C0₂. Разложение углекислого магния начинается при 400 ºС и протекает достаточно быстро при 500-700º С. Практически в заводских условиях во время обжига в печах поддерживают t 800º С, а иногда и 1000º С.

Так как реакция MgC0₃->MgO+C0₂ обратима, то, чтобы она шла в прямом направлении, необходимо С02 удалить. Это достигается созданием в печи естественной и искусственной тяги и некоторым повышением температуры обжига. Однако высокая температура обжига является вредной, так как при этом часть магнезита становится намертво обожженной.

Намертво обожженный магнезит после помола вяжущими свойствами не обладает. Его используют для изготовления магнезиальных огнеупоров и мергелей, поэтому при условии полного удаления углекислоты из MgCO₂ качество каустического магнезита будет тем выше, чем чище сырье и чем ниже температура обжига. Удельная масса каустического магнезита должна составлять 3,1 - 3,4 г/см3.

1. Каустический магнезит. Сырье, производство, затворители.

 

Каустический магнезит – порошок, состоящий в основном из оксида магния и получаемый помолом магнезита, обожженного при 700-800 ⁰С.

В отличии от других вяжущих каустический магнезит затворяют не водой, а растворами хлористого и сернокислого магния. В таком виде его называют магнезиальным цементом. Иногда для затворения применяют ZnCl₂, FeSO₄ и другие соли.

Сырьем для каустического магнезита служит магнезит – горная порода, состоящая преимущественно из углекислой соли магния MgCO₃ в кристаллическом или аморфном состояниях.

Кристаллический магнезит с истинной плотностью 3,1-3,3 г/см₃, аморфный магнезит – 2,9-3 г/см³.

Производство каустического магнезита заключается в обжиге сырья, его дроблении, обжиге и помоле. При обжиге магнезита он разлагается по реакции MgCO₃=MgO+CO₂. Реакция разложения экзотермическая с затратой 1440 кДж теплоты на 1 кг MgCO₃ или 3030 кДж на 1 кг MgO. Разложение начинается примерно при 400 ⁰С, но протекает достаточно полно лишь при 600-650 ⁰С.

При увеличении температуры обжига сверх 800 ⁰С оксид магния постепенно уплотняется и приобретает крупнокристаллическое строение. С водой почти не взаимодействует.

Нормально обожженный каустический магнезит имеет истинную плотность 3,1-3,4 г/см³. При недожоге истинная плотность – ниже 3,1, при пережоге – выше 3,4.

Обжигают магнезит в шахтных с выносными топками, а также во вращающихся печах. Обожженный каустический магнезит измельчают да остатка на сите № 02 не более 5%, а на сите № 008 – не более 25%.

Готовое вяжущие обычно упаковывают в металлические барабаны, чтобы предотвратить его гидратацию.

Затворители для каустического магнезита. При затворении водой каустический магнезит твердеет медленно, достигая небольшой прочности. При затворении же растворами хлористого магния MgCl₂·6H₂O или сернокислого магния MgSO₄·7H₂O скорость твердения резко возрастает.

Концентрацию раствора хлористого магния берут примерно 12-30⁰ по Боме, а сернокислого магния -15-20⁰. Чем больше, тем медленнее схватывается вяжущее, но тем выше конечная плотность получаемого затвердевшего камня. Увеличение концентрации раствора сверх указанных значений приводит к проявлению на изделиях трещин с выделением избытка солей в виде налета кристаллов на поверхности.

 

1. Каустический магнезит. Твердение, свойства, применение.

 

Каустический магнезит – порошок, состоящий в основном из оксида магния и получаемый помолом магнезита, обожженного при 700-800 ⁰С.

В отличии от других вяжущих каустический магнезит затворяют не водой, а растворами хлористого и сернокислого магния. В таком виде его называют магнезиальным цементом. Иногда для затворения применяют ZnCl₂, FeSO₄ и другие соли.

Каустический магнезит – быстро твердеющее вяжущее. Начало схватывания не ранее, чем через 20 минут, а конец – не позднее, чем через 6 ч. от начала затворения. Объёмная масса каустического магнезита в рыхло насыпном состоянии составляет 700-850 кг/м3.

И каустический магнезит, и каустический доломит являются воздушными вяжущими. В воде и во влажной атмосфере их прочность резко снижается.

Твердение каустического магнезита в присутствии солей происходит следующим образом. При гидратации в присутствии MgCl₂ на первом этапе образуется гидроксихлорид магния состава MgCl₂•5Mg(OH)₂•7H₂O, который с течением времени распадается на MgCl₂•3Mg(OH)₂•7H₂O и Mg(OH)₂ и Mg(OH)₂. В затвердевшем каустическом магнезите рентгенофазовым анализом установлено присутствие MgCl₂•n3Mg(OH)₂•7H₂O и Mg(OH)₂•MgCl₂•3Mg(OH)₂ • 7H₂O кристаллизуется в виде волокон и придает материалу повышенную прочность на изгиб. При гидратации в присутствии MgSO4 образуется MgSO₄•5Mg(OH)₂•3H₂O, который при температуре выше 50°С переходит в MgSO₄•3Mg(ОH)₂•8H₂O. Mg(OH)₂, как и Са(OH)₂, может карбонизоваться с образованием тригидрата карбоната магния, улучшающего цементирующие свойства.

Магнезиальный цемент применяют чаще всего с органическими заполнителями. Такие изделия отличаются повышенной ударной вязкостью, хорошо обрабатываются, жаропрочны, обладают звукоизоляционными свойствами.

Изделия из магнезиальных вяжущих, заполнителем в которых являются древесные опилки, получили название ксилолитовых (ксилолит (греч.) – дерево-камень). Из ксилолита делают плитки, ступени, плиты для подоконников и т.п. Устраивают из него тёплые бесшовные полы, долго не истирающиеся и весьма гигиеничные.

В состав массы для ксилолитовых полов наряду с MgO, MgCl2 и опилками иногда вводят мелкий асбест, тальк, повышающие плотность. и мраморную крошку, увеличивающую стойкость к истиранию.

Применяется каустический магнезит также для изготовления фибролита, т.е. материала, в котором в качестве заполнителя используется длинноволокнистая древесная масса. Фибролит выпускается в виде плит или пластин. Объемная масса фибролитовых плит, имеющих прочность на изгиб 0,5-3 МПа, равна 400-600 кг/м3.

На основе магнезиальных вяжущих производят также теплоизоляционные пено- и газоматериалы.

Магнезиальные вяжущие можно применять для штукатурных работ, используя в качестве заполнителя песок.