Сырьевая смесь для прессованных гипсовых изделий и способ их изготовления
Владельцы патента RU 2791333:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" (RU)
Группа изобретений относится к области производства строительных материалов и может быть использована при производстве гипсовых изделий. Сырьевая смесь для прессованных гипсовых изделий содержит, мас.%: гипсовое вяжущее, полученное обжигом цитрогипса при температуре 175°С, 64-72, наполнитель - цитрогипс с размером частиц не более 112 мкм 8-16, воду - остальное. Способ изготовления прессованных гипсовых изделий из указанной выше смеси включает смешивание цитрогипса с гипсовым вяжущим, введение полученной сырьевой смеси в воду, перемешивание, формование в металлической пресс-форме под давлением 5-7 МПа с выдерживанием при указанном давлении 30 с, выпрессовку и сушку изделий в естественных условиях до постоянной массы. Технический результат – повышение прочности изделий, снижение расхода вяжущего, энергетических затрат на прессование, снижение износа оборудования. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.
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, опубликовано 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 в пресс-формах под давлением 10 МПа, с выдерживанием изделий при указанном давлении 30 сек. (Патент RU № 2693808 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.
Изобретение направлено на повышение прочности изделий, снижение расхода вяжущего, затрат на сырье, энергетических затрат на прессование, снижение износа оборудования.
Это достигается тем, что сырьевая смесь для прессованных гипсовых изделий содержит вяжущее, наполнитель и воду, при этом в качестве вяжущего используется гипсовое вяжущее, полученное обжигом цитрогипса при температуре 175 °С, в качестве наполнителя - цитрогипс с размером частиц не более 112 мкм, изготовление смеси осуществляется при следующих массовых соотношениях сырьевых компонентов, %:
| гипсовое вяжущее | 64–72 |
| цитрогипс | 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, выпрессовка и сушка в естественных условиях до постоянной массы.
Характеристики используемых материалов.
1. Наполнитель – отход биохимического синтеза лимонной кислоты – цитрогипс, с размером частиц не более 112 мкм. Химический состав цитрогипса представлен в таблице 1.
Таблица 1
Химический состав цитрогипса
| Содержание оксидов, %: | ||||
| CaO | SO3 | SiO2 | MgO | п.п.п. |
| 50,85 | 48,32 | 0,317 | 0,146 | остальное |
2. Гипсовое вяжущее – обожжённый цитрогипс с удельной поверхностью 300-350 м2/кг.
Гипсовое вяжущее получаем путем обжига цитрогипса 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 | Цитрогипс | Вода | |||||
| исследуемый состав №1 | 72 | – | 8 | 20 | 0,28 | 7 | 16 | 26 |
| исследуемый состав №2 | 64 | – | 16 | 20 | 0,31 | 5 | 13 | 23 |
| прототип | 83 | 1,5 | – | 15,5 | 0,18-0,19 | 10 | 15-16 | 19-20 |
Пример (таблица 2, состав №1): цитрогипс в количестве 0,8 кг (8 % по массе) и гипсовое вяжущее в количестве 7,2 кг (72 % по массе), смешивают до получения однородной массы. Далее полученная сырьевая смесь засыпается в воду, взятую в количестве 2 л (20 % по массе) с последующим тщательным перемешиванием до получения однородной формовочной массы. После чего полученная формовочная масса направляется в металлическую пресс-форму и производится прессование под давлением 7 МПа, длительность выдерживания под указанным давлением составляет 30 секунд, далее осуществляется выпрессовка и сушка в естественных условиях до постоянной массы.
Разработанный способ изготовления изделий при предлагаемом соотношении компонентов, наличие в системе цитрогипса, выполняющего роль наполнителя, снижает адгезию смеси к стенкам формы, облегчая процесс формования, что способствует росту прочности конечных изделий и повышению качества их внешнего вида.
Введение в состав сырьевой смеси цитрогипса также способствует снижению себестоимости изделия за счет сокращения расхода гипсового вяжущего и затрат, связанных с закупкой и транспортировкой перлитовой пыли.
Исходя из того, что цитрогипс представляет собой отход биохимического синтеза лимонной кислоты, данное изобретение также позволяет значительно снизить нагрузку на окружающую среду.
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 содержания наполнителя (цитрогипса) 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 (цитрогипса) повышает энергетические затраты на производство и затраты на сырье – гипсовое вяжущее. При полном исключении цитрогипса, 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 цитрогипса при температуре 175 °С, в качестве наполнителя - цитрогипс с размером частиц не более 112 мкм, изготовление смеси осуществляется при следующих массовых соотношениях сырьевых компонентов, %:
| гипсовое вяжущее | 64-72 |
| цитрогипс | 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 осуществляется в следующей последовательности: смешивание цитрогипса 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, выпрессовку и сушку в естественных условиях до постоянной массы.
