Сырьевая смесь для изготовления гипсовых изделий и способ их изготовления

Изобретение относится к технологии производства строительных материалов и может быть использовано при получении стенового конструкционного материала. Технический результат - повышение прочности гипсовых изделий. В сырьевой смеси для изготовления гипсовых изделий, содержащей измельченный техногенный двуводный гипс, известь и воду, техногенный гипс используют с удельными поверхностями 3000 и 9000 см²/г, в качестве извести и воды насыщенный раствор гашеной извести при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный гипс с удельной поверхностью 3000 см²/г - 37,6-41,6, указанный гипс с удельной поверхностью 9000 см²/г - 46,4-50,4, указанный насыщенный раствор до содержания: известь гашеная 0,0135-0,019, вода - остальное. В способе изготовления гипсовых изделий, включающем приготовление сырьевой смеси смешением измельченного техногенного двуводного гипса с известью и водой и прессование, при использовании указанной сырьевой смеси прессование осуществляют в две стадии: на первой путем нагружения удельным давлением, равным 1/3 конечного давления, выдерживанием под давлением 45-60 секунд и сбрасыванием давления до нуля, на конечной путем нагружения удельным давлением, равным 30-40 МПа, выдерживанием под давлением 2,5-3 минуты и сбрасыванием давления до нуля. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к технологии производства строительных материалов и может быть использовано при получении стенового конструкционного материала.

Известна сырьевая смесь для получения строительного материала, включающая древесину, гипс, добавку и воду, причем она содержит в качестве добавки сульфат трехвалентного металла и дополнительно - известь негашеную молотую при следующем соотношении компонентов, мас.%: измельченная древесина (абсолютно сухая) - 35-40; гипс - 25-28; сульфат трехвалентного металла - 7-8; известь негашеная молотая - 10-12; вода остальное (см. патент №1804454, МПК: С 04 В 28/14, Б.И. 311 -1990 год).

Недостатком данного технического решения является использование дорогостоящих компонентов.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является сырьевая смесь для изготовления строительного материала, включающая двуводный гипс, гипсовое вяжущее, известь и воду до получения композиции, содержащей, мас.%:

Двуводный гипс - 50-70

Гипсовое вяжущее - 5-20

Известь - 15-40, а удаление воды затворения осуществляется до получения водовяжущего отношения 0,22-0,30 (см. авторское свидетельство СССР №1132485, С 04 В 28/14, 1983).

Недостатками данного технического решения являются невысокая прочность полученных изделий, высокая стоимость процесса, энергоемкость. Известен способ, включающий приготовление сырьевой смеси, прессование с одновременным удалением избытка воды затворения, исключающий выдержку под слоем воды. Сырьевую смесь готовят путем смешения двуводного гипса из группы: молотый природный гипс, фосфогипс, борогипс, цитрогипс, криогипс водой до получения водотвердого отношения 0,25-0,3 с последующим введением известковой суспензии с В/Т 2,0-4,0 и гипсового вяжущего, получения композиции, содержащей, мас.%:

Двуводный гипс - 50-70

Гипсовое вяжущее - 5-20

Известь - 15-40,

а удаление воды затворения осуществляется до получения водовяжущего отношения 0,22-0,30 (см. авторское свидетельство СССР №1132485, С 04 В 28/14, 1983).

Недостатками способа получения гипсовых вяжущих и изделий на их основе являются невысокая прочность полученных изделий, высокая стоимость процесса, энергоемкость.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления гипсовых изделий путем приготовления сырьевой смеси, прессования с одновременным удалением избытка воды затворения, при этом сырьевую смесь готовят путем смешения влажного двуводного гипса из группы: комовый природный гипс, цитрогипс с концентрированной серной кислотой с последующим последовательным введением сухой негашеной извести до получения композиции, содержащей, мас.%:

Двуводный гипс - 50-70

H₂SO₄ - 10-20

CaO - 20-30

Вода затворения - до получения теста нормальной густоты, а удаление воды затворения осуществляется до получения водовяжущего отношения 0,3-0,35 (см. RU 2132310, С1, 27.06.1999). Недостатком указанного способа является длительность и сложность процесса изготовления изделий, опасность для здоровья людей в процессе изготовления изделий.

Цель изобретения - создание новой смеси для получения гипсовых изделий и разработке нового способа изготовления гипсовых изделий, обладающих повышенными прочностью и водостойкостью.

Технический эффект заключается в более плотной упаковке зерен двусоставной смеси за счет приложения повышенного давления.

Технический эффект заключается также в повышении безопасности за счет устранения работы с серной кислотой.

Технический эффект, заключающийся в повышении прочности гипсовых изделий, достигается за счет более тонкого измельчения гипсового сырья и его прессования при повышенном давлении. С увеличением дисперсности растворимость растет. В полидисперсной системе концентрация раствора у поверхности частиц разных диаметров будет разная, она будет больше у поверхности с меньшим радиусом.

В сырьевой смеси для изготовления гипсовых изделий, содержащей измельченный техногенный двуводный гипс, известь и воду, техногенный гипс используют с удельными поверхностями 3000 и 9000 см²/г, в качестве извести и воды - насыщенный раствор гашеной извести при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный гипс с удельной поверхностью 3000 см²/г - 37,6-41,6, указанный гипс с удельной поверхностью 9000 см²/г - 46,4-50,4,

указанный насыщенный раствор до содержания: известь гашеная 0,0135-0,019, вода - остальное. В способе изготовления гипсовых изделий, включающем приготовление сырьевой смеси смешением измельченного техногенного двуводного гипса с известью и водой и прессование, при использовании указанной сырьевой смеси прессование осуществляют в две стадии: на первой путем нагружения удельным давлением, равным 1/3 конечного давления, выдерживанием под давлением 45-60 секунд и сбрасыванием давления до нуля на конечной путем нагружения удельным давлением, равным 30-40 МПа, выдерживанием под давлением 2,5-3 минуты и сбрасыванием его до нуля.

Если при прессовании такие частицы сближаются, то создаются условия, при которых крупная частица оказывается в пересыщенном растворе. В результате начнется процесс конденсации растворенного вещества на ее поверхности. Этот процесс наиболее активно будет происходить в местах контактов частиц, где кривизна максимальная. Конденсация вещества приведет к образованию фазового контакта между рассматриваемыми частицами.

Площадь контакта будет зависеть от уровня пересыщения, а следовательно, от соотношения диаметров. Прочность системы зависит не только от прочности контакта, но и от их количества, приходящегося на единицу площади. Важно создать в прессуемой сырьевой смеси максимальное количество контактов между частицами путем технологических приемов. Количество контактов между частицами в полидисперсной системе зависит от соотношения их диаметров. Таким образом, в полидисперсной системе оптимального состава измельченного двугидрата сульфата кальция образование кристаллизационных контактов происходит за счет собственных ресурсов, без дополнительного введения добавки, обладающей большей растворимостью, чем двугидрат.

На кинетику структурообразования большое влияние оказывает введение извести. Известь, вводимая в систему, влияет на растворимость гипса, участвует в процессе твердения кристаллов, образуя на поверхности кристаллов гипса метастабильные соединения. Для прессованного материала с добавкой извести характерна дефектность кристаллов. В связи с этим срастание происходит в системе более активно и начинается раньше, чем в материалах без добавки извести.

Насыщенный раствор извести предлагается как наиболее целесообразный в данном случае. Концентрации раствора вполне достаточно для образования прочной структуры, поэтому введение извести в виде сухого вещества не требуется.

Указанный в данном случае двуводный техногенный гипс представляет собой гипсовое сырье на основе отходов промышленности, по своему химическому составу близкое к указанному в таблице 1.

Таблица
Химический состав техногенного двуводного гипса, полученного из гипсового вяжущего Пешеланского месторождения
SiO2	Al2O3	TiO2	Fe2О3	СаО	MgO	SO4	Na2O	К2O	Р2O5	F
0.8	следы	следы	-	37,52	0,10	53,78	0,05	0,007	-	-

Выдерживание материала под давлением в первой стадии более 1 минуты нецелесообразно, так как повышает энергоемкость операции без существенного изменения структурных характеристик материала. Снижение же времени выдержки до 45 секунд и меньше приводит к тому, что не успевает происходить образование первичных контактов кристаллов гипса между собой, что влечет снижение прочностных характеристик материала. Сброс давления по истечении указанного времени необходим для выхода запрессованного воздуха, заключенного между частицами гипса в процессе прессования.

Конечное давление прессования не должно быть меньше 30 МПа, так как в этом случае давления не хватает для достаточного сближения кристаллов гипса. Увеличение давления свыше 40 МПа является нецелесообразным, так как свойства материала меняются незначительно, а энергоемкость процесса возрастает. При этом необходимо выдерживать под давлением не более 3 минут, что также является лишь лишней тратой энергии, но не менее 2,5 минут, что необходимо для начального структурообразования.

Пример конкретного осуществления способа.

Предварительно подсушенные, в течение одних суток, гипсовые формы-отходы Конаковского фаянсового завода подвергаем дроблению на лабораторной щековой дробилке. Помол гипса производим в шаровой мельнице мелющими телами - цельбепсами. Для этого загружаем в мельницу 1,5 кг гипсового дробленного сырья и производим помол до удельной поверхности 3000 и 9000 см²/г.

Комовую известь в количестве 1 кг подвергают дроблению на лабораторной щековой дробилке. Затем затворяют 3 литрами подогретой до 60°С водой. Смесь постоянно перемешивают в течение 2 часов. Подготовленный состав выдерживают в течение суток, а затем сливают отстоявшуюся часть насыщенного раствора извести, которую используют в опытах.

Отвешивают указанное количество молотого гипса с удельной поверхностью 3000 и 9000 см²/г соответственно, отмеряют насыщенный раствор извести.

Полученный состав перемешивают в течение 1-1,5 минут, засыпают в подготовленную пресс-форму и начинают прессование. Прессование производят в две стадии по описанной выше технологии.

Твердение осуществляют в эксикаторе при влажности воздуха не менее 95% и температуре 20°С в течение 28 суток.

Пример 1. Отвешивают компоненты в количестве, мас.%:

техногенный двуводный гипс с удельной поверхностью 3000 см²/г - 37,6 (103,8 г)

техногенный двуводный гипс с удельной поверхностью 9000 см²/г - 50,4 (139,1 г) насыщенный раствор до содержания:

известь гашеная - 0,0135 мас.%

вода - 11,9865

Готовят образцы по описанному выше способу - причем на первой стадии давление прессования - 10 МПа, выдержка 65 с и сбрасывание давления до 0, на конечной - давление 30 МПа, выдержка 2,5 мин, сбрасывание давления до 0.

Пример 2. Отвешивают компоненты в количестве, мас.%:

техногенный двуводный гипс с удельной поверхностью 3000 см²/г - 39,6 (109,3 г)

техногенный двуводный гипс с удельной поверхностью 9000 см²/г - 48,4 (133,6 г)

насыщенный раствор до содержания

известь гашеная - 0,0162 (0,045 г),

вода 11,9838

Готовят образцы по описанному выше способу, причем на первой стадии давление прессования 13,33 МПа, выдержка 40 с и сбрасывание давления до 0, на конечной стадии давление 40 МПа, выдержка 3 мин и сбрасывание давления до 0.

Пример 3 (по составу). Отвешивают компоненты в количестве, мас.%:

техногенный двуводный гипс с удельной поверхностью 3000 см²/г - 41,6 (114,8 г)

техногенный двуводный гипс с удельной поверхностью 9000 си²/г - 46,4 (128,0 г)

насыщенный раствор до содержания:

известь гашеная - 0,019(0,052 г) -

вода - 11,981

Готовят образцы по описанному в примере 2 способу.

Опытно-лабораторные испытания проводили в лаборатории кафедры "Производство строительных изделий и конструкций" Тверского государственного технического университета. Были получены следующие результаты: прочность при сжатии - 28,4 МПа и коэффициент размягчения 0,6, что соответствует гипсовым материалам марки Г-25. При производстве данного материала имеет место и снижение энергозатрат за счет использования безобжигового двуводного техногенного гипса.

1. Сырьевая смесь для изготовления гипсовых изделий, содержащая измельченный техногенный двуводный гипс, известь и воду, отличающаяся тем, что указанный техногенный гипс используют с удельными поверхностями 3000 и 9000 см²/г, в качестве извести и воды - насыщенный раствор гашеной извести при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный гипс с удельной поверхностью 3000 см2/г	37,6-41,6
Указанный гипс с удельной поверхностью 9000 см2/г	46,4-50,4
Указанный насыщенный раствор до содержания:
Известь гашеная	0,0135-0,019
Вода	Остальное

2. Способ изготовления гипсовых изделий, включающий приготовление сырьевой смеси смешением измельченного техногенного двуводного гипса с известью и водой и прессование, отличающийся тем, что при использовании сырьевой смеси по п.1 прессование осуществляют в две стадии: на первой стадии путем нагружения удельным давлением, равным 1/3 конечного давления, выдерживанием под давлением 45-60 с и сбрасыванием давления до нуля, на конечной стадии путем нагружения удельным давлением, равным 30-40 МПа, выдерживанием под давлением 2,5-3 мин и сбрасыванием его до нуля.