Гипсовые вяжущие вещества
Гипсовыми вяжущими веществами называют материалы, состоящие из полуводного гипса или ангидрита и получаемые путем тепловой обработки тонко измельченного исходного сырья.
Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служат природный двуводный гипс CaS04-2H20, называемый гипсовым камнем, природный ангидрит CaS04H некоторые отходы промышленности, содержащие двуводный или безводный сернокислый кальций (фосфогипс, борогипс и др.).
Гипсовые вяжущие вещества в зависимости от температуры тепловой обработки сырья разделяют на две группы: низкообжиговые и высокообжиговые. Низкообжиговые гипсовые вяжущие получают тепловой обработкой двуводного гипса при ПО—180°С; они состоят главным образом из полуводного гипса CaSO4-0,5H2O и характеризуются быстрым твердением. Высокообжиговые гипсовые вяжущие обжигают при 600—1000 °С; в них преимущественно входит безводный гипс — ангидрит CaS04, отличаются они медленным твердением. К низкообжиговым гипсовым вяжущим веществам относят формовочный строительный и высокопрочный гипс, а также гипсовые вяжущие из гипсосодержащих материалов, к высокообжиговым — ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент) и высокообжиговый гипс (экстрих-гипс).
Производство строительного гипса. Строительным гипсом называют воздушное вяжущее вещество, получаемое тепловой обработкой при ПО—180°С природного гипсового камня с последующим или предшествующим этой обработке измельчением в тонкий порошок. При этом довольно быстро происходит дегидратация двуводного гипса по реакции CaSO4-2H2O = CaSO4-0,5H2o4-l,5H2O. Таким образом, строительный гипс состоит в основном из полуводного гипса.
Строительный гипс можно изготовлять также одновременным измельчением и обжигом гипсового камня в одном аппарате. Тепловую обработку гипсового камня производят в варочных котлах, сушильных барабанах, вращающихся печах, шахтных мельницах и др. Наиболее простым и распространенным способом производства строительного гипса является обжиг предварительно измельченного гипсового камня в варочных котлах.
Варочные котлы могут быть периодического и непрерывного действия. Котел периодического действия представляет собой стальной цилиндр объемом от 3 до 15 м3, футерованный кирпичной кладкой (рис. 42). Внутри котла находятся четыре жаровые трубы и мешалка в виде вертикального вала с лопастями. Под котлом расположена топка. Топочные газы после обогрева днища поступают в кольцевые газоходы и омывают последовательно нижнюю, среднюю и верхнюю части стенки котла, а также проходят через жаровые трубы нижнего и верхнего ярусов.
Кусковой гипсовый камень дробят, подсушивают и измельчают в мельнице. Затем порошок загружают через загрузочный люк в варочный котел, где в течение 1—3 ч двуводный гипс обезвоживается и превращается
в полуводный гипс. В процессе варки гипс интенсивно перемешивается и равномерно нагревается, что обеспечивает получение однородного продукта высокого качества. После окончания варки гипс через разгрузочное отверстие в нижней части котла поступает в бункер томления и выдерживается там в течение 20—40 мин. Здесь за счет теплоты выгружаемого материала в нем продолжается дегидратация оставшихся в большом количестве
зерен двугидрата.
При обжиге кускового гипсового камня в сушильном барабане (вращающейся печи) происходит непосредственное соприкосновение раскаленных дымовых газов с медленно движущимся дробленым гипсовым камнем. После обжига гипс измельчают в шаровой мельнице.
Совместный обжиг гипсового камня и его помол производят в шаровых мельницах. В них гипсовый камень измельчается, мелкие частицы его подхватываются потоком поступающих в мельницу горячих дымовых газов. Находясь во взвешенном состоянии, частицы гипсового камня обезвоживаются до превращения в полуводный гипс и выносятся дымовыми газами из мельницы в пылеосадительные устройства. Основное преимущество
данного способа — непрерывность работы и более высокая производительность агрегатов по сравнению с варочными котлами.
Твердение строительного гипса. При затворен ни полуводного гипса водой образуется”пластичное тесто, которое быстро загустевает и переходит в камневидное состояние. Процесс твердения полуводного гипса происходит в результате гидратации полуводного гипса, т. е. присоединения к нему воды и перехода его в двуводный гипс: CaSCV 0,5Н2О+1,511,0 = CaS04 ¦ 2Н20.
Согласно теории А. А. Байкова, процесс твердения можно разделить на три периода. В первый период, начинающийся с момента смешивания гипса с водой, полуводный гипс растворяется. Одновременно он гидрати-руется,’ присоединяя 1,5 молекулы воды и превраогаясь в двуводный гипс. Так как двуводный гипс значительно менее растворим, чем полуводный, то образовавшийся вначале насыщенный раствор полуводного гипса становится пересыщенным по отношению к двуводному гипсу, и тот выпадает из раствора. Во втором периоде Вода взаимодействует с полуводным гипсом с прямым присоединением ее к твердому веществу. Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде мельчайших кристаллических частичек и к образованию коллоидной массы—геля. При этом происходит схватывание массы. В третьем периоде коллоидные частички двуводного гипса перекристаллизовываются с образованием более крупных кристаллов, которые срастаются между собой с образованием кристаллических сростков, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности. Однако рассмотренные периоды не протекают в строгой последовательности, а налагаются один на другой.