Реферат: Технологическая линия по производству высокопрочного гипсового вяжущего
Таблица 1
Химический состав гипсовых, ангидритовых и гипсосодержащих пород некоторых месторождений [2]
| Месторождение | Состав в пересчёте на окислы, % |
Содержание СаSО4 -2Н2 О (%) | ||||||
| СаО | SО | SiО2 | А12 03 | Fе2 03 | МgО | Н2 0 | ||
| Гипс | ||||||||
| Новомосковское (Тульская обл.) | 29,9.. .31,5 | 36,3… 42,2 | 2,4… 5,3 | 0,4.. .1,1 | 0,2… 0,4 | 1,3… 3,4 | 17,7. ..19,8 | 71,0.. .93,1 |
| Шедокское (Краснодарский край) | 31,5 | 45,1 | 0,88 | 0,32 | 0,11 | 0,32 | 20,9 | 73,3… 99,7 |
| Баскунчакское (Астраханская обл.) | 29,0… 34,5 | 42,6… 50,1 | 0,03… 6,53 | до 1 | 0,02… 0,63 | до 1,1 | 14,0… 20,8 | 67,1… 99,2 |
| Камско-Устьинское (Республ. Татарстан) | 30,7… 35,3 | 36,4.. .48,1 | 0,1… 0,9 | 0,04.. .1,31 | 0,0… 0,2 | 0,0… 1,4 | 16,3. ..21,6 | 71,5… 99,9 |
| Звозское (Архангельская обл.) | 31,7. ..36,7 | 35,8. ..45,9 | 0,04.. .1,68 | 0,02… 0,42 | 0,01… 0,04 | 0,28… 4,26 | 16,4… 20,2 | 83… 98 |
| Заларинское (Иркутская обл.) | 31… 32 | 42… 43 | 2,1. ..2,8 | 0,3… 0,5 | 1,4.. .1,6 | 18,7. ..19,0 | 77,3 | |
| Ангидрит | ||||||||
| Охлебнинское (Респ. Башкортостан) | 39,0… 40,8 | 55. ..58 | 0,1… 0,48 | 0,03 | 3,60 | 0,1… 2,7 | 2,1… 5,46 | - |
1.2. Физико-химические процессы, проходящие при твердении гипсового вяжущего. Температурные условия твердения вяжущего [2], [3]
Схватывание и твердение α- и β-модификаций обусловлено переходом их при взаимодействии с водой в двугидрат. При гидратации полугидрата выделяется 133 кДж на 1 кг полугидрата.
По теории Ле Шателье (1887 г.), при смешении полуводного гипса с водой он растворяется с образованием насыщенного водного раствора. В растворе он взаимодействует с водой и переходит в двуводный. Так как растворимость полугидрата в воде, считая на CaS04 , составляет около 8 г, а равновесная растворимость двугидрата около 2 г на 1 л, то раствор становится пересыщенным по отношению к двугидрату. Поэтому в жидкой фазе возникают условия для образования зародышей кристаллов двуводного гипса и выделения их из раствора. Это в свою очередь вызывает уменьшение концентрации полугидрата в жидкой фазе и создает возможность для растворения новых порций этого вещества и образования пересыщенного раствора CaS04 • 2Н2 0. По мере выделения из раствора все новых и новых количеств двуводного гипса кристаллики его растут, переплетаются, срастаются и обусловливают схватывание и твердение исходной смеси гипса с водой. Нарушение структуры твердеющего гипса после начала его схватывания приводит к резкому снижению его прочности.
По теории А. А. Байкова (1923), процессы твердения полуводного гипса, а также других минеральных вяжущих веществ, образующих гидратные соединения, можно разделить на три периода.
В первый период, начинающийся с момента смешения гипса с водой, растворяется полугидрат и образуется его насыщенный раствор.
Во втором периоде вода взаимодействует с полуводным гипсом с прямым присоединением ее к твердому веществу, Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде высокодисперсных кристаллических частичек и к образованию коллоидной массы в виде геля, что сопровождается схватыванием массы.
В третий период частички двугидрата коллоидных размеров перекристаллизовываются с образованием более крупных кристаллов, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности.
CaSO4 ·0,5H2 O+H2 O → Ca+2 +SO4 -2 +H+ +OH- (I) → CaSO4 ·2H2 O+Ca+2 +SO4 -2 +H+ +OH- (II) → ↓CaSO4 ·2H2 O+Ca+2 +SO4 -2 +H+ +OH- (III)
Следует подчеркнуть, что, по А. А. Байкову, эти периоды не следуют строго один за другим. Они налагаются так, что в твердеющей массе одновременно протекают процессы коллоидообразования, характерные для второго периода, и процессы перекристаллизации в более крупные частички. Дальнейшее высыхание затвердевшей системы приводит к значительному увеличению прочности.
Изучение твердения вяжущих веществ, особенно в последние десятилетия, позволило глубже проникнуть в его сущность, однако полного представления об этих процессах еще нет. Основные теории твердения вяжущих веществ (Ле Шателье, Михаэлиса, Байкова) подверглись дальнейшему развитию. Установлено, что в ряде их положений есть общие элементы. Высокопрочный гипс — быстросхватывающееся вяжущее вещество. По СниП I-B.2-69 начало схватывания высокопрочного гипса должно быть не ранее 4 мин, а конец схватывания — в пределах 8—20 мин от начала затворения гипсового теста.
Сроки схватывания гипса зависят от свойств сырья, технологии изготовления, длительности хранения, количества, вводимой воды, температуры вяжущего вещества и воды, условий перемешивания, наличия добавок и др. Быстрее всех схватывается полуводный гипс, содержащий некоторое количество частичек неразложившегося двугидрата, являющихся центрами кристаллизации и вызывающих ускоренную гидратацию полуводного гипса. Схватывание гипса значительно ускоряется при затворении его пониженным количеством воды по сравнению с тем, какое требуется для теста нормальной густоты, и наоборот.
Повышение температуры гипсового теста до 40—45° С способствует ускорению его схватывания, а выше этого предела, наоборот, — замедлению. При температуре гипсовой массы 90—100° С схватывание и твердение прекращаются. Это объясняется тем, что при указанных и более высоких температурах растворимость полуводного гипса становится меньше растворимости двугидрата. В результате прекращается переход полугидрата в двугидрат, а следовательно, и связанное с ним твердение. Схватывание замедляется, если гипс применяют в смеси с заполнителям песком, шлаком, опилками и т. Д. Быстрое схватывание полуводного гипса является в большинстве случаев положительным его свойством, позволяющим быстро извлекать изделия из форм. Однако в ряде случаев быстрое схватывание нежелательно. Для регулирования сроков схватывания (ускорения и замедления) в гипс при затворении вводят различные добавки.
По механизму действия В. Б. Ратинов разделяет модифицирующие добавки для регулирования сроков схватывания вяжущих веществ, в том числе и гипсовых, на четыре класса.
Первый класс — это добавки, изменяющие растворимость вяжущих веществ и не вступающие с ними в химические реакции. Схватывание гипса ускоряется, если эти добавки (NaCl, КС1, Na2S04 и др.) усиливают растворимость полугидрата в воде; наоборот, оно замедляется, если добавки (аммиак, этиловый спирт и др.) снижают его растворимость. Некоторые добавки (например, NaCl) при одних концентрациях в растворе увеличивают растворимость полугидрата и, следовательно, являются ускорителями, а при других, уменьшая растворимость, являются замедлителями.
Второй класс — вещества, реагирующие с вяжущим веществами с образованием труднорастворимых или мало диссоциирующих соединении. Добавки этого класса (для гипса — фосфат натрия, борная кислота и др.) образуют на поверхности полугидрата защитные пленки труднорастворимых соединений, в результате чего схватывание гипса замедляется.
Третий класс — вещества, являющиеся готовыми центрами кристаллизации. Они ускоряют схватывание. У добавок первого и третьего классов имеется «пора эффективности», под которым подразумевают концентрацию добавки, дающую максимальный замедляющий или ускоряющий эффект. Обычно этот эффект достигается при введении добавок в воду затворения в количестве до 2—3%
Четвертый класс — поверхностно-активные добавки. Он адсорбируются частичками полуводного и двуводного гипса и уменьшают скорость образования зародышей кристаллов. Эти добавки (сульфитно-дрожжевая бражка, известково-клеевой и кератиновый замедлители и др.) известны как пластификаторы и замедлители схватывания гипса. Адсорбируясь частичками полугидрата, они придают тесту повышенную подвижность и снижают количество воды затворения, необходимой для получения смеси требуемой подвижности.
К этому же классу относится и эффективный замедлитель схватывания В. В. Помазкова. Этот замедлитель получается обработкой увлажненных древесных опилок (с 2— 3% серной кислоты) паром в автоклаве под давлением 0,4— 0,6 Мпа в течение 4 ч. Полученную массу нейтрализуют известью, высушивают и измельчают. Введение 0,1% этого замедлителя замедляет схватывание до 20—30 мин.
Для регулирования сроков схватывания строительного гипса и других вяжущих применяют иногда комплексные добавки, состоящие из веществ, принадлежащих к разным классам. Они открывают более широкие возможности в регулировании процесса схватывания вяжущих и создании оптимальных условий для формования изделий. Например, при совместном введении добавок — электролитов (первого класса) и поверхностно-активных соединений (четвертого класса) — на первом этапе твердения проявляется влияние замедлителя; в течение этого так называемого индукционного периода гипсовое тесто обладает пластичностью, но не набирает прочности. В дальнейшем наступает быстрое твердение гипса с такой же скоростью, как и в присутствии одного ускорителя первого класса. Чаще всего для ускорения схватывания строительного гипса применяют двуводный гипс, поваренную соль и сульфат натрия, вводя их в количестве от 0,2 до 3% массы полугидрата; для замедления используют кератиновый и известково-клеевой замедлители, а также СДБ в количестве, не превышающем 0,1—0,5% (в пересчете на сухое вещество) массы гипса. Следует отметить, что введение добавок (ускорителей или замедлителей схватывания) обычно отрицательно сказывается на конечной прочности гипсовых изделий. Это выявляется, если их получают из смеси с добавками и без них при одинаковом водогипсовом отношении. Однако введение поверхностно-активных веществ в умеренном количестве (до 0,1—0,3%) способствует обычно увеличению прочности изделий, так как снижение ими активности гипса компенсируется в этом случае приростом прочности вследствие значительного уменьшения водогипсового отношения при получении смесей одинаковой подвижности.
Полуводный гипс при схватывании и твердении в первоначальный период обладает способностью увеличиваться в объеме приблизительно на 0,5—1%- Такое увеличение объема еще не окончательно схватившейся гипсовой массы не имеет вредных последствий. Наоборот, в ряде случаев оно очень ценно (например, при изготовлении архитектурных деталей), так как при этом гипсовые отливки хорошо заполняют формы и точно передают их очертания.
Способность строительного гипса расширяться зависит от содержания в нем растворимого ангидрита. Установлено, что полугидрат расширяется при твердении на 0,5—0,15%, а растворимый ангидрит — на 0,7—0,8%. Поэтому гипс, обожженный при повышенных температурах и содержащий повышенное количество растворимого ангидрита, характеризуется большим расширением при твердении. Техническими условиями на высокопрочный гипс (ТУ 31—57) объемное расширение ограничивается 0,2%. Для уменьшения расширения в гипс при помоле вводят до 1 % негашеной извести, что снижает коэффициент расширения при твердении с 0,3 до 0,08—0,1%. Расширение гипса уменьшается с увеличением содержания в тесте воды, а также при введении в него замедлителей схватывания.
1.3. Условия разрушения (коррозии) гипсового вяжущего [2]
Коррозия строительного материала – необратимый процесс ухудшения характеристик и свойств строительного материала в конструкции в результате химического и/или физико-химического и/или биологического воздействий или процессов в самом материале.
I вид коррозии.
Вещество растворяется в мягких неминерализованных водах (питьевая, речная). Стойкость оценивается коэффициентом размягчения 
, К=0…1.