Производство высокопрочного гипса

метки: Гипсовый, Технология, Производство, Высокопрочный, Изделие, Вяжущий, Дегидратация, Подаваться

Искусственные каменные изделия получают из растворных или бетонных смесей на основе минеральных вяжущих веществ в процессе их формирования и последующего затвердевания. В качестве заполнителей для этих смесей применяют кварцевый песок, пемзу, шлак, золу, древесные опилки.

Искусственные каменные изделия по виду минерального вяжущего можно разделить на следующие четыре группы: гипсовые и гипсобетонные; изделия на основе магнезиальных вяжущих; силикатные; асбестоцементные, изготовляемые на основе портландцемента с добавкой асбеста.

Изделия на основе гипса можно получать как из гипсового теста, т. е. из смеси гипса и воды, так и из смеси гипса, воды и заполнителей. В первом случае изделия называют гипсовыми, во втором – гипсобетонными. Вяжущими для изготовления гипсовых и гипсобетонных изделий в зависимости от их назначения служит гипсовое вяжущее, водостойкие гипсо – цементно – пуццолановые смеси, а также ангидритовые цементы. В качестве заполнителей в гипсобетоне используют естественные материалы – песок, пемзу, туф, топливные и металлургические шлаки, а также легкие пористые заполнители промышленного изготовления – шлаковую пемзу, керамзитовый гравий, аглопорит и др.

Органическими заполнителями являются древесные опилки, стружка или шерсть, бумажная макулатура, стебли и волокно камыша, льняная костра и др.

Гипсовые изделия обладают рядом ценных свойств:

1. невысокая плотность
2. несгораемость
3. обладают хорошими высокоизоляционными свойствами
4. поддержание в помещении нормальных санитарно-гигиенических условий

Но наряду с множеством положительных технических свойств гипс обладает значительной хрупкостью, поэтому производят искусственное упрочнение гипсовых изделий путем применения армирующих материалов, вводимых в состав формовочной массы или являющихся частями конструкции самого изделия.

Наибольшее распространение получили гипсокартонные листы (сухая гипсовая штукатурка) и гипсовые плиты для межкомнатных перегородок.

Поскольку гипсовые вяжущие вещества являются неводостойкими, то изделия могут использоваться только для внутренних работ.

Наиболее крупными зарубежными производителями высокопрочного гипса является ООО “ Черкесскстройпродукт” и ЗАО “Cамарский гипсовый комбинат”, а отечественные ОАО “Забудова”.

1. Характеристика целевого продукта

1.1 Характеристика высокопрочного гипса

В соответствии с ГОСТ 125-79 гипсовые вяжущие характеризуются следующими свойствами: механическая прочность, сроки схватывания, тонкость помола, удельная поверхность, водопотребность, плотность, цвет и т.д.

Гипсовые вяжущие вещества

... гипс применяется для производства гипсовых изделий, которые изготовляются из гипсового теста или гипсовых растворов и бетонов. Растворы на основе строительного гипса используются также для штукатурных и кладочных работ. Формовочный гипс ... рядом химических и физических процессов. Способность вяжущего вещества давать в смеси с водой пластичную массу является весьма ценным свойством. Это свойство ...

Высокопрочный гипс отличается от обычного более крупными кристаллами не волокнистого строения и потому обладает меньшей водопотребностью. Особенностью высокопрочного гипса является также мономинеральность его структуры. Уменьшение водопотребности и вызываемое этим повышение прочности гипса имеет значение для литых изделий. Если же применяется масса жесткой консистенции, например, при изготовлении изделий путем вибрирования, то количество воды, необходимое для получения из обычного и высокопрочного гипса теста нужной консистенции примерно равно и получаемые изделия имеют почти одинаковую прочность. Недостаток высокопрочного гипса — повышенная ею ползучесть, т. е. появление неупругих деформаций при длительном выдерживании под нагрузкой.

Удельный вес гипса колеблется в пределах 2,5-2,8 м ² /г. Объемный вес его в рыхлом состоянии 800-1100 кг/м³ , а в уплотненном 1250-1450 кг/м³ .

По стандарту (ГОСТ 125-57) тонкость помола высокопрочного гипса, характеризуемая остатком на сите №02, для первого сорта (содержание CaSO ₄ ·2H₂ O 95-97%) составляет не более 15%, а для второго (содержание CaSO₄ ·2H₂ O не менее 90%) — 30%. Предел прочности при сжатии через 1,5 ч соответственно не менее 45 и 35 кг/см² . Начало схватывания высокопрочного гипса должно наступать не ранее 5-8 минут, а конец – не позднее 9-12 ч с момента затворения.

Цвет высокопрочного гипса – белый, а вводя в него различные краски можно получить цветные изделия.

Высокопрочный гипс должен характеризоваться прочностью на сжатие не менее 25-30 МПа, а при изгибе 7-9 МПа.

Высокопрочное гипсовое вяжущее при твердении обычно имеет расширение в пределах 0,2%. В процессе высыхания изделий наблюдается незначительная их усадка в диапазоне 0,05-0,10%.

Отечественные производители изготавливают высокопрочный гипс марки от Г-13 и выше (ГОСТ предусматривает максимальную марку для гипса Г-25).

Высокопрочное гипсовое вяжущее – супергипс, производимый по ТУ 21-31-42-81 и ТУ РБ 100354659 024-2001, должен обладать следующими свойствами (табл. 1):

Таблица 1 — Основные свойства супергипса

Свойства	Единица измерения	Величина показателя
Тонкость помола – остаток на сите №02, не более	%	1
Нормальная густота	%	24-26
Сроки схватывания: Начало, не ранее Конец, не позднее	мин	5-8 9-12
Предел прочности образцов из теста нормальной густоты (диаметр расплыва 120±5 мм) через 2 часа, не не менее: При изгибе При сжатии При сжатии образцов, высушенных до постоянной массы	МПа	7-9 25-30 60-70

1.2 Способы получения высокопрочного гипса

Основным компонентом высокопрочного гипсового вяжущего является -CaSO ₄ ·0,5H₂ O. В отличие от строительного гипса, где основным компонентом является b- CaSO₄ ·0,5H₂ O. — CaSO₄ ·0,5H₂ O- получают в аппаратах, не сообщающихся с атмосферой. Существует два способа производства:

1. под давлением в автоклавах, запарниках, самозапарниках.
2. варкой в жидких средах.

При получении высокопрочного гипса варкой в жидких средах создаются специальные условия для перекристаллизации CaSO₄ ·2H₂ O, кроме того, этот способ получения позволяет осуществить технологический процесс непрерывно, в отличие от получения этих вяжущих в автоклавах.

В качестве жидких сред используют хлориды Na, K,Ca; нитрат K; сульфат Cа, используют растворы с поверхностно- активными веществами. Температура кипения таких растворов составляет примерно 110-115 ̊ С.

Однако этот способ получения вяжущих обладает рядом недостатков:

1. необходима промывка полученного вяжущего водой, т.е. вещество надо тщательно промыть от раствора соли, которая будет ухудшать свойства.
2. необходима утилизация образующихся промывных вод.
3. поскольку все эти растворы являются коррозиальными, то происходит коррозия оборудования.
4. полученные вяжущие требуют сушки.

1.2.1 Технология производства высокопрочного гипса с дегидратацией и сушкой материала в раздельных аппаратах

Гипсовый камень бульдозером загружается в приемный бункер, из которого конвейером подается в щековую дробилку. Дробленый камень конвейером направляется на классификацию на грохот, в котором на резиновых ситах происходит выделение кусков кубической формы, что обеспечивает более равномерную степень дегидратации в демпфере. После этого ленточным конвейером и элеватором гипсовый камень классифицируется на фракции и затем конвейером распределяется по бункерам, установленным над демпферами. В каждый демпфер загружают примерно 10 т и поднимают давление до 0,13-0,15МПа, что соответствует температуре 124˚С.

Цикл работы демпфера следующий: загрузка 10-15 мин, подъем давления до 0,13 МПа и изотермическая выдержка 7-8 ч, а затем производится сброс давления и материал сразу выгружается.

В процессе дегидратации куски гипса становятся пористыми вследствие удаления полтора моля кристаллизационной воды из структуры CaSO ₄ ·2H₂ O. Однако выделившаяся вода в капельножидком состоянии продолжает оставаться внутри микро- и макропор материала до тех пор, пока давление в демпфере будет повышенным и упругость паров выделившейся воды будет ниже упругости пара внешней среды. С понижением давления в аппарате упругость паров перегретой воды, находящейся в порах, становится выше внешнего давления, в результате чего начинается интенсивное испарение кристаллизационной воды за счет физической теплоты, сохраняющейся в кусках -полугидрата.

В процессе дегидратации куски гипса прочно сцепляются между собой за счет образования переплетающихся длинных кристаллов — CaSO ₄ ·0,5H₂ O в местах контакта. Для предотвращения этого нежелательного явления следует применять более плотный гипсовый камень без мелкой фракции и вводить в демпфер регулятор кристаллизации, который обеспечивает получение кристаллов полугидрата призматической формы. В качестве таких добавок используют ЛСТМ-1 и другие органические вещества.

Сброс давления в демпфере вызывает резкое снижение температуры материала. Это крайне нежелательное явление получило название “температурного провала”, поскольку оно при температуре ниже 90˚С ведет к образованию CaSO ₄ ·2H₂ O.

Сушка дегидратированного продукта производится в сушильном барабане продуктами сгорания топлива, поступающими из топки, по принципу противотока. Температура дымовых газов на входе 800-850˚С на выходе 100 – 110˚С, а по материалу температура при его выходе из аппарата 120-140˚С. В процессе сушки происходит дегидратация остаточного количества CaSO ₄ ·2H₂ O.

Кроме того, имеет место и негативное явление- пережог мелких частиц материала, состоящих из -CaSO ₄ ·0,5H₂ O, до растворимого CaSO_4.

Отходящие дымовые газы обеспыливаются вначале в циклоне, затем в электрофильтре, куда они подаются вентилятором, после чего хвостовым дымососом выбрасываются в атмосферу.

Высушенный продукт ленточным конвейером и элеватором подается в бункер, из которого питателем направляется в трубную двухкамерную мельницу, работающую в замкнутом цикле с воздушно-циркуляционным сепаратором. Подача гипсового порошка в сепаратор производится элеватором. Для снижения расхода электроэнергии на помол в мельницу подается в качестве интенсификатора ЛСТМ-1.

Мелкая (годная) фракция вяжущего пневмокамерным насосом перекачивается в силос, из которого продукт направляется в бункер и затем в упаковочную машину. Высокопрочный гипс, получаемый по такой технологии, имеет марку Г-15-Г-17 при остатке на сите № 02 не более 1%.

Достоинством данной технологии является раздельное осуществление дегидратации и сушки, что позволяет увеличить производительность, снизить расход электроэнергии до 24,7 кВт/ч и условного топлива до 67 кг на 1 т вяжущего.

Однако еще более эффективным с точки зрения суммарных затрат всех видов энергии является применение для сушки и помола совмещенного аппарата немецкой фирмы “Claudius Peters”.

1.2.2 Технология производства высокопрочного гипса с применением горизонтального автоклава