CC BY
10
УДК 691.533
Штубер М.А., Сычева Л.И.
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУЧЕНИЯ ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО НА ЕГО СВОЙСТВА
Штубер Максим Алексеевич, студент 1 курса магистратуры факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов, кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов, email: maxshtuber@mail.ru;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Сычева Людмила Ивановна, к.т.н., профессор кафедры химической технологии композиционных и вяжущих материалов Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева, Москва, Россия
Исследовано влияние температуры обжига гипсового камня и сроков хранения гипсового вяжущего на фазовый состав и строительно-технические свойства вяжущего. Увеличение температуры обжига гипсового камня приводит к получению многофазовых гипсовых вяжущих, состав которых изменяется при хранении материала. Ключевые слова: гипсовые вяжущие, коэффициент размягчения, строительно-технические свойства, фазовый состав, растворимый ангидрит.
INFLUENCE OF PARAMETERS OF PRODUCING GYPSUM BENDING ON ITS PROPERTIES
Shtuber M.A., Sycheva L.I.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The influence of the gypsum stone calcination temperature and the storage time of the gypsum binder on the phase composition and the construction and technical properties of the binder was investigated. An increase in the calcination temperature of gypsum stone leads to the production of multi-phase gypsum binders, the composition of which changes when the material is stored.
Keywords: gypsum binders, softening factor, construction and technical properties, phase composition, soluble anhydrite.
Гипсовые вяжущие широко применяются в строительной отрасли. В основном их получали обжигом в гипсоварочных котлах периодического действия, однако, это не позволяло полностью автоматизировать процесс. Сейчас гипсовые вяжущие получают путем дегидратации гипсового камня быстрым обжигом в аппаратах совмещенного помола и обжига. Однако, продукты такого обжига имеют неоднородный фазовый состав. Это связано с сырьевыми материалами: гипсовый камень может быть представлен как в виде волокнистой разновидности - селенита, представленного параллельно-волокнистыми агрегатами, так и в виде зернистой - алебастра, представленной мелкозернистыми агрегатами. И разложение при дегидратации этих разновидностей при разной температуре будет происходить по-разному.
Поскольку гипсовые вяжущие применяются все чаще и в большем количестве, то на ряде предприятий начали устанавливать цеха для производства гипсовых смесей. То есть использование гипсовых вяжущих для сухих строительных смесей, штукатурных растворов происходит сразу после обжига. На других заводах может происходить выдержка гипсовых вяжущих после обжига перед дальнейшим применением в производстве изделий. Однако, свойства гипсовых вяжущих со временем меняются. Поэтому данные исследования являются актуальными и важными для технологии гипсовых вяжущих.
Цель работы - изучение влияния температуры обжига и сроков хранения на строительно-технические свойства гипсовых вяжущих.
Экспериментальная часть
В качестве исходного материала был выбран белый гипсовый камень с минимальным содержанием красящих оксидов Л120з и Ре203. Перед обжигом он размалывался в барабанной мельнице до остатка на сите №02 не более 19 % и удельной поверхностью 330 м2/кг.
Обжиг производился в лабораторной печи в интервале температур от 250 до 400 0С. Время выдержки составило 2 часа.
В ходе работы были изучены зависимости влияния температуры обжига гипсового камня и сроков хранения гипсового вяжущего на его фазовый состав. Для определения фазового состава был использован аналитико-весовой метод [1]. Для контроля фазового состава были выбраны сроки хранения материала, равные 5 и 7 суткам (таблица 1). По мере увеличения температуры обжига доли дигидрата сульфата кальция и полугидрата сульфата кальция уменьшаются с 1,3 до 0,3 % и с 74,5 до 22,7 % соответственно, а содержание растворимого ангидрита увеличивается с 3,8 до 70,3 %. С увеличением сроков хранения гипсового вяжущего доля растворимого ангидрита уменьшается. Это вызвано его переходом в полугидрат и дигидрат сульфата кальция. После 7 суток хранения гипсового вяжущего его фазовый состав практически не изменяется. Поэтому можно сделать вывод, что выдержка более 7 суток для стабилизации фазового состава гипсового вяжущего нецелесообразна.
Таблица 1. Влияние температуры получения и сроков хранения гипсового вяжущего на его фазовый состав
Температура получения 0/-Ч вяжущего, С Сроки хранения вяжущего Содержание фазы, %
Са804(растворимый) CaS04-2H20 CaS0^0,5H20
250 2 часа 3,8 1,3 74,5
5 суток 2,5 1,6 74,8
7 суток 0,0 1,9 75,2
300 2 часа 21,9 0,3 45,8
5 суток 8,3 2,9 55,4
7 суток 1,2 3,3 62,0
350 2 часа 38,6 0,2 29,5
5 суток 16,3 3,0 48,9
7 суток 10,5 3,4 52,1
400 2 часа 70,3 0,3 22,7
5 суток 45,0 3,7 44,5
7 суток 39,1 4,4 49,8
Была измерена удельная поверхность гипсового вяжущего методом воздухопроницаемости. Данные, представленные в таблице 2, позволяют сделать вывод о влиянии температуры получения гипсового вяжущего на его дисперсность. При увеличении температуры обжига вяжущего его дисперсность сначала резко увеличивается, а затем постепенно снижается. Это вызвано разрыхлением материала и последующим его уплотнением.
Первоначально при нагревании дигидрата сульфата кальция выделяется полторы молекулы Н20, что приводит к увеличению удельной поверхности материала и образованию полугидрата сульфата кальция. При дальнейшем нагревании полугидрат сульфата кальция переходит в растворимый ангидрит с выделением оставшейся воды.
Таблица 2. Влияние температуры получения вяжущего на его дисперсность _____
Температура получения вяжущего, 0С Гипс. камень 250 300 350 400
Остаток на сите № 02, % 19 11 11 14 17
S№ м2/кг 330 590 570 560 550
Была определена нормальная густота гипсового теста. В исследуемом интервале температур количество воды, необходимое для получения теста нормальной густоты, уменьшается с ростом температуры получения вяжущего. Так, для вяжущего, полученного при 250 0С, нормальная густота составила 82 %, а при 400 0С - 65 %. Сроки хранения в измеряемом интервале температур не влияют на водогипсовое отношение.
При помощи малого прибора Вика были определены сроки схватывания. Анализ данных позволяет сделать вывод, что, во-первых, увеличение температуры обжига гипсового камня свыше 250 0С приводит к сокращению сроков схватывания гипсового вяжущего и, во-вторых, хранение гипсового вяжущего, полученного при
температуре выше 300 0С практически не влияет на его сроки схватывания (таблица 3).
Таблица 3. Влияние температуры получения и времени хранения на сроки схватывания гипсового вяжущего
Сроки
Температура получения Хранение схватывания, мин НГ,
вяжущего, 0С вяжущего, суток Начало Конец %
250 0 9 12,5 82
7 4 5,5 82
300 0 5 6,5 75
7 6 8 74
350 0 5 7 70
7 6 8 70
400 0 5,5 7,5 65
7 6 8,5 65
Была определена прочность
свежеприготовленных и хранившихся 7 суток в лабораторных условиях гипсовых вяжущих. Испытания проводились через 2 часа после затворения вяжущего водой, через 3 суток и через 7 суток твердения (рис 1-2).
СрокиТ5&РД&НИЯ, суток
Рис. 1. Влияние температуры получения вяжущего на предел прочности при сжатии. Сроки хранения вяжущего - 2 часа. Температура получения, 0С: 1 - 250; 2 - 300; 3 -350; 4 - 400.
1
О -I-1-1-1-
0 2 4 6 8
Сронитрердения, суток
Рис. 2. Влияние температуры получения вяжущего на предел прочности при сжатии. Сроки хранения вяжущего - 7 суток. Температура получения, 0С: 1 - 250, 2 - 300, 3 -350, 4 - 400.
Среди свежеобожженных образцов
максимальной прочностью обладает вяжущее, полученное при 250 0С, так как в его составе большое количество полугидрата, обеспечивающего его прочность. Однако, в процессе хранения его прочность снижается более чем в 2 раза.
Среди материалов, хранившихся в течение 7 суток, максимальной прочностью обладает вяжущее, полученное при 400 0С. Это вызвано тем, что в процессе хранения растворимый ангидрит переходит в полугидрат сульфата кальция, который обладает большей гидратационной активностью и большей плотностью. В то же время этот полугидрат сульфата кальция выступает в качестве активизатора
твердения для нерастворимого ангидрита, содержащегося в образцах.
На заключительном этапе работы был определен коэффициент размягчения гипсовых вяжущих.
Коэффициент размягчения гипсовых вяжущих, полученных обжигом гипсового камня в интервале температур от 250 до 350 0С близок к нулю. Для образцов, полученных при температуре 400 0С он равен 0,2. Это обусловлено тем, что из-за высокого водогипсового отношения вяжущих были получены высокопористые образцы. Из-за этого они сильнее подвергались вымыванию. Образцы при 400 0С оказались менее пористыми и более прочными, что и привело к большему значению коэффициента размягчения.
В заключение следует отметить, что при нагреве гипсового камня в интервале температур 250 - 400 0С происходит изменение его фазового состава и образуется продукт, представленный дигидратом, полугидратом сульфата кальция, растворимым и нерастворимым ангидритом.
Полугидрат сульфата кальция, получаемый из растворимого ангидрита, обладает большей гидратационной активностью, чем полугидрат, получаемый при обжиге гипсового камня.
Список литературы 1. Б.С. Бобров, Л.В. Киселева, И.Г. Жигун, А.В. Ромашков Определение фазового состава строительного и высокопрочного гипса// Строительные материалы - 1983. - №7. - С. 23 -24.
