Теория дегидратации (обезвоживания) двуводного гипса

Сырье для гипсовых вяжущих

Классификация

Гипсовые вяжущие: Сырье, технология

Лекция №2

Гидратационные вяжущие:

Гипсовые вяжущие – группа воздушных вяжущих, для производства которых используют сырье, содержащее сульфат кальция.

В зависимости от способа получения, а также особенностей твердения гипсовые вяжущие делят на 4 группы:

1 – низкообжиговые гипсовые вяжущие – быстросхватывающиеся и быстротвердеющие – состоят из полуводного сульфата кальция. Это строительный, формовочный, высокопрочный и медицинский гипс. Эти вяжущие получают обжигом гипсового камня при 120-160 ⁰С, либо обработкой паром при избыточном давлении 1,3-7 ат.

2 – высокообжиговые - медленно схватывающиеся и медленно твердеющие, в состав которых входит преимущественно безводный сульфат кальция. Это ангидритовый цемент, высокообжиговый гипс. Эти вяжущие получают обжигом при температуре свыше 600 ⁰С.

3 – безобжиговые –

4 – смешанные -

Традиционное сырье – природный гипсовый камень CaSO₄*2H₂O. Реже используется безводный гипс – ангидрит и различные гипсосодержание породы.

Природный гипс (гипсовый камень) – светлый (может быть от белого до сероватого или желтоватого) минерал твердостью 2 по Моосу, истинная плотность 2,3-2,4 г/см³, теплопроводность низкая.

Ангидрит – природная модификация гипса. Твердость 3-3,5. Плотность 2,9-3,1 г/см³.

Залежи гипсовых широко распространены во всех частях земного шара. Содержание основного минерала в породе от 65 до 100 % в зависимости от месторождения. Примеси – оксиды кремния, алюминия, железа, магния.

Гипсосодержащие породы – представляют собой смесь гипса с песчано-глинистыми или известково-глинистыми примесями – глиногипс, гажа, ганч. Состав их непостоянен, что резко ограничивает их применение.

В последнее время значительное внимание уделяют развитию технологий получения гипсовых вяжущих из гипсосодержащих отходов промышленности (фосфогипс, борогипс, титаногипс и др.). Фосфогипс – отход производства фосфорных удобрений.

Технические требования на основное сырье для производства гипса регламентирует «ГОСТ 4013-82. Камень гипсовый и гипсоангидритовый для производства вяжущих материалов. Технические условия». Согласно этому стандарту в зависимости от содержания двуводного сульфата кальция гипсовый камень делится на 3 сорта:

1 сорт – содержание CaSO₄*2H₂O не менее 90 %

2 сорт – не менее 75 %

3 сорт – не менее 65 %.

В зависимости от условий обезвоживания гипсового сырья образуются различные модификационные формы продуктов дегидратации:

· Двугидрат при 107 ⁰С переходит в β-модификацию полугидрата. Выход воды в виде пара приводит к механическому диспергированию зерен. Поэтому β-полугидрат отличается высокой дисперсностью, что обусловливает его высокую водопотребность. Он энергично присоединяет воду, быстро схватывается и твердее.

· В замкнутом пространстве (автоклав) или в растворе при 115 ⁰С двугидрат переходит в α-модификацию полугидрата. Вода при этом удаляется в жидком состоянии, зерна не разрушаются и α-полугидрат состоит из крупных кристаллов, обладает меньшей водопотребностью, а следовательно и более высокой прочностью.

· При температурах 220 и 300 ⁰С α- и β- полугидраты переходят в α- и β- растворимые ангидриты, которые обладают повышенной водопотребностью, малой прочностью и очень короткими сроками схватывания. Поэтому в технологии получения строительного гипса следует избегать нагрева свыше 180 ⁰С.

· При нагревании выше 450 ⁰С α- и β-растворимые ангидриты переходят в γ-нерастворимый ангидрит, аналог природного. Он не гидратируется и не твердеет, поэтому его называют намертво обожженным

· При температуре выше 750 ⁰С начинается частичное разложение ангидрита с выделением СаО. Гипс опять приобретает способность схватываться и твердеть. Однако процесс схватывания происходит медленно.

Исходя из схемы дегидратации двуводного гипса следует, что на его основе можно получать различные типы вяжущих:

· При нагреве в атмосферных условиях при 120-170 ⁰С – строительный гипс

· При нагреве в автоклавах под давлением 1,3-7 ат – высокопрочный гипс

· При нагреве выше 750 ⁰С – высокообжиговый (эстрих) гипс – медленно схватывающееся и медленно твердеющее вяжущее.