ВВЕДЕНИЕ
Строительный и высокопрочный гипсы - быстросхватывающиеся вяжущие вещества. Сроки схватывания гипса зависят от свойств сырья, технологии изготовления, длительности хранения, количества вводимой воды, температуры вяжущего вещества и воды, условий перемешивания, наличия добавок. Быстрее всех схватывается полуводный гипс, содержащий некоторое количество частичек неразложившегося двугидрата, являющихся центрами кристаллизации и вызывающих ускоренную гидратацию полуводного гипса. Однако в ряде случаев быстрое схватывание нежелательно. Для регулирования сроков схватывания (ускорения и замедления) в гипс при затворении вводят различные добавки.
Гипсовые вяжущие и материалы на их основе являются экологически чистыми по сравнению с цементными, имеют более выгодные показатели по:
¾ пониженной плотности;
¾ тепло- и звукопроводности;
¾ повышенной пожаростойкости и декоративности;
¾ обеспечению благоприятного микроклимата в помещениях.
Гипсовые вяжущие могут использоваться в производстве многих видов строительных материалов, для изготовления которых, в настоящее время, используется портландцемент. Однако широкое применение немодифицированных гипсовых вяжущих взамен цемента ограничивается их пониженной прочностью и низкой водостойкостью. Вместе с тем, многочисленными отечественными и зарубежными исследованиями и опытом эксплуатации установлена возможность получения модифицированных и смешанных гипсовых вяжущих, позволяющих получать материалы на их основе с достаточной прочностью и водостойкостью и применять их взамен материалов на основе цемента.
ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ
Гипсовыми вяжущими веществами называют материалы, состоящие из полуводного гипса или ангидрита и получаемые обычно тепловой обработкой исходного сырья и его помолом [5, стр.19]. В зависимости от температуры тепловой обработки гипсовые воздушные вяжущие вещества разделяют на две группы:
1. Низкообжиговые (собственно гипсовые): получают тепловой обработкой при низких температурах (110-180° С); они состоят главным образом из полуводного гипса CaSO4·0,5 Н2О и характеризуются быстрым твердением.
2. Высокообжиговые (ангидритовые): обжигают при высоких температурах (600-900°С); в них преимущественно входит безводный гипс (ангидрит CaSО4), отличаются медленным твердением.
К низкообжиговым гипсовым вяжущим веществам относятся:
¾ строительный гипс;
¾ формовочный гипс;
¾ высокопрочный (технический) гипс;
¾ гипсовые вяжущие из гипсосодержащих материалов.
Высокообжиговыми являются:
¾ ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент);
¾ высокообжиговый гипс (эстрих-гипс).
Строительный гипс
Строительным гипсом - вяжущее вещество, состоящее из β-полуводного гипса и получаемое обжигом природного гипса с последующим или предшествующим этой обработке измельчением в тонкий порошок [5, стр.28].
Обжигают строительный гипс в тепловых установках, в которых кристаллизационная вода, в основном в виде пара, выделяется из двуводного гипса, что сопровождается образованием преимущественно β-полугидрата.
Двугидрат переходит в полугидрат по схеме (с поглощением тепла):
CaSО4·2Н2О = CaSO4·0,5 Н2О + 1,5 Н2О
Для получения 1 кг β-полуводного гипса из двугидрата теоретически необходимо затратить 580 кДж тепла.
Двуводный гипс, при переходе в полуводный, теоретически теряет воду в количестве 15,76% своей массы. Следовательно, теоретический коэффициент выхода полуводного гипса равен: 1-15,76/100≈0,842, а соответствующий коэффициент расхода двугидрата на единицу массы полугидрата составляет: 1:0,842=1,188.
В России сложилась парадоксальная ситуация с применением гипсовых
материалов в строительстве:
1. При огромных запасах природного гипса в России его производство и применение в несколько раз ниже, чем в развитых зарубежных странах – на диаграмме 1 приводится потребление природного гипса в 2007 г. в млн.т,;
2. При более низкой себестоимости гипсовых вяжущих их стоимость у нас почти не отличается от стоимости цемента, тогда как, например, в США стоимость гипсового вяжущего почти в 5 раз меньше стоимости портландцемента;
3. В России практически не используются синтетический гипс и отходы.
Свойства строительного гипса
Рассмотрим виды полуводного гипса по основным свойствам:
1. Плотность колеблется в пределах 2,6-2,75 г/см3.
2. Объемная масса:
2.1 В рыхлонасыпанном состоянии обычно составляет 800-1100кг/м3.
2.2 В уплотненном состоянии - 1250-1450 кг/м3.
3. Затвердевший гипс представляет собой твердое тело с высокой пористостью, достигающей 40-60% и более.
4. Водопотребность гипса увеличивается с повышением степени его измельчения и значительно снижается при введении с водой затворения замедлителей схватывания (кератинового, известково-клеевого, замедлителя В. В. Помазкова и др.) в количестве до 0,1-0,3% массы вяжущего. С помощью этих веществ удается снизить нормальную густоту строительного гипса на 10-15%, что способствует увеличению прочности гипсовых изделий.
5. Начало схватывания строительного гипса по ГОСТ 125-79 [3, стр.3] должно наступать не ранее 4 минут, а конец схватывания - не ранее 6 минут, но не позднее 30 минут после затворения водой. По СНиП I-B.2-69 [4, стр.3] начало схватывания высокопрочного гипса должно быть не ранее 4 минут, а конец схватывания - в пределах 8-20 минут от начала затворения гипсового теста. Таким образом гипсовые вяжущие делятся на виды, представленные в таблице 1.
Таблица 1 – Виды гипсовых вяжущих в зависимости от сроков схватывания
| Вид вяжущего | Индекс сроков твердения | Сроки схватывания, мин | |
| начало, не ранее | конец, не позднее | ||
| Быстротвердеющий | А | ||
| Нормально твердеющий | Б | ||
| Медленнотвердеющий | В | Не нормируется |
По стандарту строительный гипс в зависимости от предела прочности при изгибе и сжатии, а также от тонкости его помола разделяют на три сорта (таблица 2).
Таблица 2 - Требования стандарта к качеству строительного гипса
| Показатели | 1-й сорт | 2-й сорт | 3-й сорт |
| Тонкость помола - остаток на сите № 02, %, не более | |||
| Предел прочности при изгибе образцов-балочек в возрасте 1,5 ч. МПа, не менее | 2,7 | 2,2 | 1.7 |
| Предел прочности при сжатии половинок балочек в возрасте 1,5 ч, МПа, не менее | 5.5 | 4,5 | 3,5 |
Таблица 3 – Марка вяжущего и его минимальный предел прочности
| Марка вяжущего | Предел прочности образцов-балочек размерами 40х40х160 мм в возрасте 2 ч, МПа (кгс/см2), не менее | |
| при сжатии | при изгибе | |
| Г-2 | 2 (20) | 1,2 (12) |
| Г-3 | 3 (30) | 1,8 (18) |
| Г-4 | 4 (40) | 2,0 (20) |
| Г-5 | 5 (50) | 2,5 (25) |
| Г-6 | 6 (60) | 3,0 (30) |
| Г-7 | 7 (70) | 3,5 (35) |
| Г-10 | 10 (100) | 4,5 (45) |
| Г-13 | 13 (130) | 5,5 (55) |
| Г-16 | 16 (160) | 6,0 (60) |
| Г-19 | 19 (190) | 6,5 (65) |
| Г-22 | 22 (220) | 7,0 (70) |
| Г-25 | 25 (250) | 8,0 (80) |
По ГОСТ 125-79 [3, стр.4], в зависимости от предела прочности на сжатие различают вяжущие следующих марок: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. Минимальный предел прочности вяжущей каждой марки вяжущего должен соответствовать значениям, приведенным в таблице 3.
В зависимости от степени помола различают вяжущие видов, приведенных в таблице 4.
Таблица 4 – Виды гипсовых вяжущих в зависимости от степени помола
| Вид вяжущего | Индекс степени помола | Максимальный остаток на сите с размерами ячеек в свету 0,2 мм, %, не более |
| Грубого помола | I | |
| Среднего помола | II | |
| Тонкого помола | III |
Вяжущие высшей категории качества должны удовлетворять дополнительным требованиям, указанным в таблице 5.
Таблица 5 – Дополнительные требования к гипсовым вяжущим
| Наименование показателей | Вяжущие для изготовления строительных изделий и производства строительных работ | Вяжущие для фарфорофаянсовой и керамической промышленности |
| Марка вяжущего, не ниже | Г-5 | Г-10 |
| Максимальный остаток на сите с размером ячеек в свету 0,2 мм, %, не более | 0,5 | |
| Примеси, не растворимые в соляной кислоте, %, не более | - | 0,5 |
Таблица 6 - Требования СНиП I-B.2-69 к показателям прочности высокопрочного гипса
| Марка гипса | Предел прочности, МПа | ||
| при сжатии через 1 сут | при растяжении | ||
| через 1 сут | Высушенные до постоянной массы | ||
| 2,7 | |||
| 2,2 | 3,2 | ||
| 2,5 | 3,5 | ||
| 2,8 | |||
| 3.1 | 4,3 | ||
| 3,4 | 4,6 | ||
| 3,7 |
Полуводный гипс при схватывании и твердении в первоначальный период обладает способностью увеличиваться в объеме приблизительно на 0,5-1%.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Место расположения предприятия: г. Харьков;
Производительность: 33,0 тыс. т/год.
Вид топлива: уголь Донецкий газовый.
Способ доставки (вид транспорта): железнодорожный транспорт.
Месторождение гипсового камня: Архангельское.
Характеристика сырья:
¾ влажность: W = 12%;
¾ размер фракций: dн = 200мм;
Таблица 7 - Минералогический состав
| Наименование минерала | Состав |
| CaO | 32,5 – 32,8 |
| SO3 | 46,1 – 46,4 |
| SiO2 | 0,36 – 0,58 |
| Al2O3 | - |
| Fe2O3 | 0,18 – 0,36 |
| H2O | 18,83 – 19,92 |
| CaSO4·2H2O | 95,27 – выше 83,0 |
| MgO | 0,21 – 0,53 |
