Производство гипса складывается
из дробления, помола и тепловой обработки
(дегидратации) гипсового камня. Сырьем для производства
гипсовых вяжущих служат природный гипсовый
или ангидритовый камень; гипсосодержащие
отходы различных отраслей промышленности
(фосфогипс, сажа, глиногипс). Природное
гипсовое минеральное сырье и гипсосодержащие
отходы используются не только в гипсовой
промышленности, но и в цементной, химической,
бумажной промышленностях, сельском хозяйстве.
Существует несколько технологических
схем производства гипсового вяжущего:
в одних помол предшествует обжигу,
в других помол производится после
обжига, а в третьих помол и
обжиг совмещаются в одном
аппарате. Тепловую обработку гипсового
камня производят в варочных котлах,
сушильных барабанах, шахтных или
других мельницах (I). Полуводный гипс -модификации
получают путем запаривания гипсового
щебня в автоклаве, самозапарочных
аппаратах, демпферах. Высокопрочный
гипс получают в котлах(реакторах)
1. Производство гипса с применением
варочных котлов. Гипсовый камень,
поступающий на завод в крупных
кусках, сначала дробят, затем измельчают
в мельнице, одновременно подсушивая
его. В порошкообразном виде
камень направляют в варочный
котел периодического или непрерывного
действия. Варка происходит за
счет обогрева днища и стенок
котла, а также жаровых труб
внутри котла, которые в охлажденном
состоянии удаляются по дымовой
трубе. Продолжительность варки
90…180 мин. При варке в котле
гипс не соприкасается с топочными
газами, что позволяет получать
чистую продукцию, не загрязненную
золой топлива.
2. Гипсовое вяжущее в сушильных
барабанах получают путем обжига
гипсового камня в виде щебня
размером до 20 мм. Обжиговой частью
сушильного барабана служит наклонный
стальной цилиндр диаметром до
2.5 м и длиной до 20м, установленный
на роликовых опорах и непрерывно
вращающийся. Гипсовый щебень
подается в барабан с приподнятой
стороны и в результате вращения
наклонного барабана перемещается
в сторону наклона. Из топки
в барабан поступают раскаленные
дымовые газы, которые при движении
вдоль барабана обжигают гипсовый
камень, а с противоположной стороны
удаляются вентилятором. Далее гипсовый
камень измельчают в мельницах.
3. При обжиге гипса во взвешенном
состоянии совмещают две операции:
измельчение и обжиг. В мельницу(шахтную,
шаровую, или роликовую) подают
гипсовый щебень и одновременно
нагнетают горячие дымовые газы.
Образующиеся при размоле мельчайшие
зерна гипса товарной фракции
увлекаются из мельницы потоком
дымовых газов и в процессе
транспортирования в раскаленном
газовом потоке обжигаются. Пылевоздушная
смесь поступает в циклоны
и фильтры для осаждения гипса.
Наибольшую производительность из
рассмотренных схем имеет последняя,
затем схема обжига в сушильных
барабанах, и, наконец в варочных
котлах. Однако первые две схемы
существенно уступают по качеству продукции
схеме с варкой гипса.
4. Высокопрочный гипс получают
путем нагревания природного
гипса паром под давлением
0.2…0.3МПа с последующей сушкой
при температуре 160…180.
Приготовление гипсового
теста основано на следующей химической реакции
При затворении порошка гипса водой
полуводный сернокислый кальций , содержащийся
в нем, начинает растворятся до образования
насыщенного раствора и одновременно
гидратироваться, присоединяя 1.5 молекулы
воды и переходя в двугидрат . Растворимость
двугидрата примерно в 5 раз меньше
растворимости исходного порошка
- полугидрата. В результате образовавшийся
насыщенный раствор полугидрата
оказывается пересыщенным к двугидрату.
Пересыщенный раствор в обычных
условиях не может существовать - из
него выделяются мельчайшие частицы
твердого вещества - двуводного сернокислого
кальция. По мере накопления этих частиц
они склеиваются между собой,
вызывая загустевание (схватывание)
теста. Затем мельчайшие частицы
гидрата начинают кристаллизоваться,
определяя этим образование прочного
гипсового камня. В затвердевшем,
но еще влажном гипсе продолжают
протекать процессы перекристаллизации
- растворения чести вещества в межкристаллических
контактах и укрупнения кристаллов, что
приводит к разрыхлению структуры. Дальнейшее
увеличение прочности гипса происходит
вследствие высыхания твердеющей массы
и более полной кристаллизации при этом.
Твердение гипса можно ускорить сушкой,
но при температуре не выше 65 во избежание
обратной дегидратации двуводного гипса.
Чтобы получить гипсовое удобоукладываемое
тесто, необходимо взять 60…80% воды от массы
вяжущего, а на химическую реакцию
гидратации требуется лишь 18.6% воды.
Избыток ее остается в порах, затем
испаряется. Чем больше воды затворения,
тем выше пористость камня, а прочность
его соответственно меньше.
Твердение высокообжигового вяжущего
обусловлено образованием двуводного
гипса из безводного сернокислого кальция.
Процесс схватывания и твердения
нерастворимого ангидрида, являющегося
основным компонентом низкообживого
ангидритового вяжущего (ангидритого
цемента) и высокообжигового ангидритового
вяжущего - эстрих-гипса, имеет свои
особенности.
Твердение ангидритового вяжущего
происходит в присутствии сульфатных
или щелочных активизаторов. Твердение
этого вяжущего обусловлено образованием
под воздействием активизаторов
сначала комплексной соли, включающей
ангидрит, которая впоследствии распадается
с образованием двугидрата. При твердении
в объеме не увеличивается.
Ангидритовые и высокообжиговые
вяжущие не являются быстросхватывающимися.
Начало и конец схватывания этих
вяжущих соответственно равны 30 мин…
24 ч и 2 ч…12-36 ч.
Твердение водостойких (гипсоцементно-пуццолановых
и гипсошлако-пуццолановых, композиционных)
гипсовых вяжущих - результат сложных
физико-химических процессов, приводящих
к образованию новых гидратных
веществ, обуславливающих основные
свойства вяжущих и приближающих
их к портландцементу
Свойства, характеристики,
применение
Цвет гипсовых вяжущих зависит
от химической чистоты гипсового
сырья, содержания примесей и способа
производства: от белого до серого.
Гипсовое вяжущее является
быстросхватывающим и быстротвердеющим
вяжущим веществом. Быстрое схватывание
гипса затрудняет в ряде случаев
его использование и вызывает
необходимость применения замелителей
схватывания (кератинового, известково-кератинового
клея, сульфито-дрожжевой бражки
в количестве 0.1…0.3% от массы гипса).
Замедлители схватывания уменьшают
скорость растворения полуводного
гипса и замедляют диффузионные
процессы. При необходимости ускорить
схватывание гипса к нему добавляют
двуводный гипс, поваренную соль,
серную кислоту. Одни из них
повышают растворимость полуводного
гипса, другие (двуводный гипс) образуют
центры кристаллизации, вокруг которых
быстро закристаллизовывается вся
масса.
В результате твердения полуводного
гипса гипсовый камень обладает
высокой пористостью, достигающей 40…60% и
более. Пористостью обусловлены хорошие теплотехнические
показатели гипсовых материалов (коэффициент
теплопроводности находится в пределах
0,28 - 0,8 Вт/мК), воздухопроницаемость однослойных
элементов (пористые гипсовые материалы
имеют соответственно большую воздухопроницаемость,
чем плотные).
Из малой объемной массы
(1000-1200 кг/м3) следуют легкость гипсовых изделий,
низкие показатели звукопоглощения.
По сравнению с другими строительными
материалами в гипсе в зависимости
от объемной массы диффузионная проницаемостьизменяется
мало, поэтому гипс обладает способностью
быстро поглощать и отдавать влагу. Гипс
- единственный в настоящее время искусственный
материал, обеспечивающий оптимальный
температурно-влажностный режим в любом
помещении, в любых климатических условиях.
Чем больше воды затворения,
тем выше пористость камня,
а прочность соответственно меньше.
Марку гипсовых вяжущих характеризуют
по прочности при сжатии образцов-балочек
40х40х160 мм в возрасте 2 ч после затворения
водой. Прочность гипсовых образцов, высушенных
при температуре до 60, в 2…2.5 раза выше
прочности лважных образцов после 1.5 часов
твердения. Лучшие сорта гипса после сушки
имеют прочность при сжатии 18…20 МПа, а
прочность при растяжении в 6…8 раз меньше.
При твердении гипс расширяется в объеме до
1%, благодаря чему гипсовые отливки хорошо
заполняют форму и передают ее очертания.
При его высыхании трещин не образуется.
Минеральный состав и пористость
обуславливают высокую гигиеничность, экологичность, био-, пожаро- и огнестойкость гипса. Повышенный
класс огнестойкости гипса обусловлен
тем, что при воздействии огня затрачивается
значительное количество теплоты на испарение
кристаллизационной воды, выделяющейся
при дегидратации двугидрата сульфата
кальция, и образованием в процессе дегидратации
сильно развитой пористой структуры гипса,
имеющей высокий коэффициент термического
расширения.
Гипсовое вяжущее в воде
снижает свою прочность вследствие
растворения двугидрата и разрушения
кристаллического сростка.Водостойкость его может
быть повышена введением небольших количеств
гидрофобных веществ(олеиновой кислоты
и др.), добавкой молотого гранулированного
шлака, извести, портландцемента, супер-
и гиперпластификаторов (Например, серии
Melment и Melflux немецкой фирмы Degussa Construction
Polymers)
Изделия из гипса обладают
также еще парой недостатков: значительной
объемной деформацией, вызывающей
коробление гипсовых армированных изделий;
арматура в них подвергается коррозии.
Вопрос № 4.
Портландцемент и его разновидности
являются основным вяжущим материалом
в современном строительстве. Портландцемент
представляет собой порошкообразное
гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее
в воде и на воздухе, состоящее
главным образом из силикатов
кальция. Получают портландцемент тонким
измельчением клинкера с гипсом (3...7
%), допускается введение в смесь
активных минеральных добавок (10...15
%). Клинкер - продукт обжига (до полного
спекания) искусственной сырьевой смеси,
состоящей приблизительно из 75 % карбоната
кальция (обычно известняка) и 25 % глины.
Основные свойства портландцемента
обусловливаются составом клинкера.
Химический состав портландцемента
Портландцемент характеризуется
довольно постоянным химическим составом.
Содержание основных составляющих окислов
в нем колеблется в сравнительно
небольших пределах, %: CaO (64...67), SiO2 (19...24),
AI2O3 <4..,7), Fe2O3 (2...6), MgO (не более 5), SO3 (не
менее 1,5 и не более 3,5).
Минералогический состав портландцемента
В процессе обжига сырьевой смеси
перечисленные окислы вступают в
химическое взаимодействие.
После распада каолинита AI2O3 SiO2 2ЩО ->
AI2O3 + 2S1O2 + + 2ЩО и термической диссоциации
СаСОз по реакции СаСОз -* -* СаО + СОг в процессе
обжига происходит химическое связывание
СаО в твердом состоянии по следующим
реакциям:
СаО + S1O2 = 2СаО SiO2 -- двухкальциевый силикат
(Сг8);
ЗСаО + AI2O3 = ЗСаО AI2O3 - трехкальциевый алюминат
(СзА);
СаО + АЬОз + РегОз = 4СаО АкОз РегОз - четырехкальциевый
алюмоферрит (C4AF);
СаО SiO + СаО = ЗСаО SiO2 - трехкальциевый силикат
(C3S).
Относительное содержание минералов
в портландцементом клинкере колеблется
в следующих пределах, %: ЗСаО SiO2 -
42...65; 2СаО SiO2 - 15...50; ЗСаО А12Оз - 2... 15; 4СаО AI2O3
х х Fe2O3 - 10...25.
Сырье для получения портландцемента.
В качестве сырья иногда используют
природные горные породы - мергели.
В них содержатся необходимые
для производства портландцементов
количества каро-натных (75...78%) и глинистых
пород (25...22 %). В большинстве случаев
необходимое сочетание пород
получается искусственным путем. В
этом случае в качестве карбонатных
пород используются известняки, мел,
известковые ракушечники; в качестве
глинистых - глины, глинистые сланцы,
лёссы, доменные шлаки; кроме того, в состав
сырьевой смеси вводятся различные корректирующие
добавки, например гипс.
Гипс необходим для регулирования
сроков схватывания. С увеличением
количества гапса увеличиваются (замедляются)
сроки схватывания. Однако максимальное
количество вводимого гипса регламентируется
химическим составом портландцемента.
Производство портландцемента
Производство портландцемента
состоит из следующих процессов:
добычи сырья и доставки его на
завод; подготовки сырья и смеси;
обжига смеси - получения клинкера;
измельчения клинкера с добавками
- получения цемента.
По характеру подготовки сырья
и приготовления смеси различают
мокрый и сухой способы изготовления
цемента. При мокром способе сырье
дробят и размалывают без дополнительной
подсушки. Весьма часто помол осуществляют
с добавлением воды, глину размешивают
в специальных емкостях - болтушках.
Смесь готовят тщательным перемешиванием
жидких молотых смесей в шламбассейнах.
В этом случае подготовленная смесь
- цементный шлам - содержит до 40 % и
более воды.
При сухом способе тонкое измельчение
исходного сырья - помол - осуществляют
в сухом состоянии. Тщательное смешивание
производят в специальных смесителях.
В строительстве наиболее распространен
мокрый способ, при котором удается
достичь хорошей гомогенности сырьевой
смеси, что в конечном итоге обусловливает
получение цемента с более
высокими и стабильными качествами.
В настоящее время в связи
с созданием оборудования, обеспечивающего
хорошую гомогенизацию в смеси
тонкомолотых порошков, сухой способ
как более экономичный (не требующий
теплоты на испарение воды) и, следовательно,
перспективный находит все большее
применение. В нашей стране действует
несколько крупных цементных
заводов, работающих по сухому способу.