Сырьевая смесь для прессованных гипсовых изделий и способ их изготовления
Владельцы патента RU 2787485:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" (RU)
Настоящее изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано при производстве гипсовых изделий. Изобретение направлено на повышение прочности изделий, снижение расхода вяжущего, снижение энергетических затрат на прессование, снижение износа оборудования и затрат на сырье, расширение сырьевой базы. Сырьевая смесь для прессованных гипсовых изделий содержит вяжущее, наполнитель и воду, при этом в качестве вяжущего используется гипсовое вяжущее, полученное обжигом фосфогипса при температуре 175°С, в качестве наполнителя - фосфогипс с размером частиц не более 112 мкм. Изготовление смеси осуществляется при следующих массовых соотношениях сырьевых компонентов, %: гипсовое вяжущее - 64-72; фосфогипс - 8-16; вода - остальное. Способ изготовления изделий включает смешивание фосфогипса с гипсовым вяжущим, введение полученной сырьевой смеси в воду, перемешивание, формование в металлических пресс-формах под давлением 5-7 МПа с выдерживанием изделий при указанном давлении 30 с, выпрессовку и сушку в естественных условиях до постоянной массы. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.
Настоящее изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано при производстве гипсовых изделий.
Известен способ и состав для изготовления гипсовых изделий, при этом влажный природный двуводный гипс или цитрогипс смешивают с серной кислотой, а затем последовательно с сухой негашеной известью и водой затворения, затем полученную сырьевую смесь прессуют с одновременным удалением избытка воды затворения (Патент RU № 2132310 С1, опубл. 27.06.1999).
Недостатком данного способа является сложность процесса изготовления изделий, высокие затраты на их производство, а также низкая водостойкость изделий, невысокая прочность.
Также известен способ и состав изготовления гипсовых изделий заключающийся в том, что используют вспученный перлит (мелкий заполнитель) с размером гранул 75–100 мкм, который предварительно насыщают водой, отфильтровывают воду, не удерживаемую гранулами вспученного перлита, смешивают водонасыщенный перлит с гипсом, подают полученную смесь в пресс-форму для дальнейшего прессования и прессуют при давлении не менее 10 МПа. (Патент RU № 2525412 С1, опубл.10.08.2014, бюл. № 22).
Основными недостатками данного состава и способа являются низкая прочность, высокое водовяжущее (водогипсовое) соотношение, наличие дополнительных операций, связанных с необходимостью водонасыщения и фильтрации воды из перлита. Также, при данном технологическом решении сложно обеспечить постоянное водогипсовое соотношение, это связано с пренебрежением весом перлита, а также с тем, что фильтрация не обеспечивает полное удаление воды с поверхности перлита и при его дозировании свободная влага будет оставаться на всем оборудовании, задействованном в данной операции. Колебание водогипсового отношения негативно отражается на обеспечении постоянства прочностных характеристик конечных изделий.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением, принятым за прототип является состав и способ изготовления гипсовых изделий заключающийся в том, что мелкий заполнитель – отход производства перлита (перлитовая пыль с размером гранул 5–100 мкм, насыпной плотностью – 75 кг/м3) смешивают с водой с последующим введением модифицированного гипсового вяжущего, полученного обжигом цитрогипса во вращающейся печи при температуре 120–140 °С, с удельной поверхностью 600–650 м2/кг и формуют пресс-формах под давлением 10 МПа, с выдерживанием изделий при указанном давлении 30 сек. (Патент RU № 2 693 808 (С1), опубл. 04.07.2019, бюл. № 19).
Основными недостатками данного состава и способа являются низкая прочность, повышенный расход вяжущего, повышенные энергетические затраты на прессование, необходимость использования перлитовой пыли, что повышает затраты на сырье, связанные с закупкой и транспортировкой перлитовой пыли, ограниченная сырьевая база цитрогипса.
Изобретение направлено на повышение прочности изделий, снижение расхода вяжущего, снижение энергетически затрат на прессование, снижение износа оборудования и затрат на сырье, расширение сырьевой базы.
Это достигается тем, что сырьевая смесь для прессованных гипсовых изделий содержит вяжущее, заполнитель и воду, при этом в качестве вяжущего используется гипсовое вяжущее, полученное обжигом фосфогипса при температуре 175 °С, в качестве наполнителя – фосфогипс с размером частиц не более 112 мкм, изготовление смеси осуществляется при следующих массовых соотношениях сырьевых компонентов, % :
гипсовое вяжущее – 61–69;
фосфогипс – 8–16;
вода – остальное.
Способ изготовления гипсовых изделий, включает приготовление формовочной массы, формование в металлической пресс-форме, выпрессовку, сушку при этом приготовление формовочной массы осуществляется в следующей последовательности: приготовление сырьевой смеси путем смешивания вяжущего и наполнителя, добавление сырьевой смеси в воду, перемешивание, формование в металлической пресс-форме под давлением 5–7 МПа, с выдерживанием изделий при указанном давлении 30 сек, выпресовка и сушка в естественных условиях до постоянной массы.
Характеристики используемых материалов.
1. Наполнитель – отход производства удобрений из фосфоритной породы – фосфогипс, с размером частиц не более 112 мкм. Химический состав фосфогипса представлен в таблице 1
Таблица 1
Химический состав фосфогипса
| Содержание оксидов, % | ||||||
| SO3 | CaO | SrO | P2O5 | CeO2 | MgO | остальное |
| 48,84 | 46,44 | 2,52 | 0,68 | 0,36 | 0,15 | 1,01 |
2. Гипсовое вяжущее – обожжённый фосфогипс с удельной поверхностью 350–400 м2/кг.
Гипсовое вяжущее, получаем путем обжига фосфогипса при температуре 175 °С.
3. Вода ГОСТ 23732-2011 «Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия».
Разработанные составы сырьевой смеси и прочностные показатели исследуемого состава изделий и прототипа приведены в таблице 2.
Таблица 2
Составы сырьевой смеси и физико-механические характеристики
исследуемых прессованных гипсовых изделий
| Вид изделий | Расход материала % по масс. | Водовяжущее отношение |
Давление прессования, МПа | Предел прочности при сжатии через 2 часа после прессования, МПа | Предел прочности при сжатии сухих изделий, МПа |
|||
| Гипсовое вяжущее | Перлитовая пыль | Фосфогипс | Вода | |||||
| исследуемый состав №1 | 69 | – | 8 | 23 | 0,33 | 7 | 16 | 27 |
| исследуемый состав №2 | 61 | – | 16 | 23 | 0,38 | 5 | 15 | 25 |
| прототип | 83 | 1,5 | - | 15,5 | 0,18-0,19 | 10 | 15–16 | 19-20 |
Пример (таблица 2, состав №1): фосфогипс в количестве 0,8 кг (8 % по массе) и гипсовое вяжущее в количестве 6,9 кг (69 % по массе,) смешивают до получения однородной массы. Далее полученная сырьевая смесь засыпается в воду, взятую в количестве 2,3 л (23 % по массе) с последующим тщательным перемешиванием до получения однородной формовочной массы. После чего полученная формовочная масса направляется в пресс-форму и производится прессование под давлением 7 МПа, длительность выдерживания под указанным давлением составляет 30 сек, далее осуществляется выпресовка и сушка в естественных условиях до постоянной массы
Разработанный способ изготовления изделий при предлагаемом соотношении компонентов, наличие в системе фосфогипса, выполняющего роль наполнителя, снижает адгезию смеси к стенкам формы, облегчая процесс формования, что в совокупности способствует росту прочности конечных изделий и повышению качества их внешнего вида.
Введение в состав сырьевой смеси фосфогипса также способствует снижению себестоимости изделия за счет сокращения расхода гипсового вяжущего и затрат, связанных с закупкой и транспортировкой перлитовой пыли.
Исходя из того, что фосфогипс представляет собой отход, накопление которого, в отличии от цитрогипса, повсеместно распространены по всему миру, данное изобретение, также позволяет значительно снизить нагрузку на окружающую среду и расширить сырьевую базу регионов.
Применение указанного давления (5–7 МПа) и режима формования изделий способствует уменьшению износа оборудования и снижению энергетических затрат.
Снижение давления прессования ниже 5 МПа и повышение содержание наполнителя (фосфогипса) в системе выше 16 % способствует снижению средней плотности изделий и, как следствие, прочности ниже значений прочности прототипа. В тоже время, увеличение давление прессования выше 7 МПа и снижение содержания наполнителя (фосфогипса) повышает энергетические затраты на производство и затраты на сырье – гипсовое вяжущее. При полном исключении фосфогипса, из-за высокой адгезии гипсового вяжущего к металлической форме, увеличивается количество дефектов на поверхности изделий
1. Сырьевая смесь для прессованных гипсовых изделий, содержащая вяжущее, наполнитель и воду, отличающаяся тем, что в составе сырьевой смеси используется гипсовое вяжущее, полученное обжигом фосфогипса при температуре 175°С, в качестве наполнителя - фосфогипс с размером частиц не более 112 мкм, изготовление смеси осуществляется при следующих массовых соотношениях сырьевых компонентов, %:
| гипсовое вяжущее | 64-72 |
| фосфогипс | 8-16 |
| вода | остальное |
2. Способ изготовления прессованных гипсовых изделий по п. 1, включающий приготовление формовочной массы, формование, выпрессовку, сушку, отличающийся тем, что приготовление формовочной массы осуществляют в следующей последовательности: смешивание фосфогипса с гипсовым вяжущим, введение полученной сырьевой смеси в воду, перемешивание, формование в металлической пресс-форме под давлением 5-7 МПа с выдерживанием изделий при указанном давлении 30 с, выпрессовка и сушка в естественных условиях до постоянной массы.
