Наливні безшовні підлоги

Рисунок 2.2 - Технологія виробництва високоміцного гіпсу за допомогою обертових печей

 

2.3 Виробництво гіпсового в'яжучого в герметизованих апаратах

 

Випалюванням гіпсового  каменю в обертових печах або  дегідратацією тонкоподрібненого  матеріалу в котлах вдається отримати будівельний гіпс з міцністю в сухому стані 100 - 130 кг/см² або при високоякісній сировині і дуже тонкому помелі до 180 кг/см².

Для отримання гіпсу  більш високої міцності запропоновано  декілька таких способів.

Сутність всіх способів зводиться до того, що теплова обробка гіпсового каменю виробляється в герметизованих апаратах, в яких в процесі дегідратації підтримується тиск водяної пари від 1,1 атм до 5 - 10 атм. Одержуваний при цьому після сушіння і розмелювання порошок складається з щільних кристалів напівводного гіпсу, які обумовлюють знижену нормальну густоту тіста і високу механічну міцність виливків. На цій підставі гіпс, одержуваний термічною обробкою в автоклавах, називають високоміцним. В даний час вдається отримати в'яжуче з нормальним водогіпсовим відношенням, рівним 30 - 32 %, і міцністю на стиск до 500 кг/см².

1-горизонтальний циліндричний автоклав, 2 - гуркіт, 4 - паропровід,            5 - контур подачі теплоносія, 6 - калорифер для нагріву, 7 - труба для відведення конденсату, 8 - вентилятор, 9 - кульовий млин, 10 - конвеєр,  11 – живильник,    12 - бункер,

Рисунок 2.3 - Технологія виробництва високоміцного гіпсу за допомогою автоклава

 

3 ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСНОВИ ВИРОБНИЦТВА ВИСОКОМІЦНОГО  ГІПСУ

 

Гіпсовий камінь при  нагріванні порівняно легко дегидратируется (зневоднюється), і залежно від ступеня нагрівання, дає ряд продуктів, що значно відрізняються за своїми властивостями. Ступінь зневоднення гіпсу залежить від температури і тривалості його нагрівання і тиску водяної пари. При нагріванні вже до температури 65 °С двуводний гіпс починає повільно переходити в напівводний. Тому при деяких аналітичних визначеннях містять гіпс матеріалів можна, щоб уникнути спотворення результатів, піднімати температуру цього межі.

При нагріванні до 100 - 140 °С двуводний гіпс швидко втрачає частину води і перетворюється на напівводний гіпс СаSO₄ ∙ 0,5 Н₂О, який відомий в двох модифікаціях α і β. Напівводний гіпс у вигляді α - модифікації утворюється в тому випадку, коли вода виділяється в рідкому стані, а у вигляді β - модифікації, коли вона виділяється в пароподібному стані. У виробничих умовах полуводий гіпс, виходить в герметично закривають апаратах при нагріванні гіпсу в атмосфері насичених парів, полягає, в основному, з α - модифікації. Під час сушіння можливий перехід α - в β - модифікацію. α - напівгідрату складається з великих кристалів у вигляді довгих прозорих голок.

При замішуванні водою α - напівгідрату внаслідок меншої водопотребности  і зниженою пористості володіє більш  високою міцністю.

α - напівгідрату повністю зневоднюється при 200 - 210 °С, а двуводний гіпс зневоднюється до напівгідрату при повній перебудові кристалічної решітки, тоді як дегідратація α - напівгідрату відбувається без видимих ​​змін структури.

Двуводний гіпсовий камінь при нагріванні зневоднюється (дегидратируется). Він легко виділяє гідратну воду і не втрачає при цьому великої кількості тепла, гідротацієй гіпсу залежить від температури нагрівання.

Дегідратація:

CaSO₄ · 2H₂O + Енергія → CaSO₄ · 0,5H₂O + 1,5H₂O ↑;

Гіпс напівгідрату:

CaSO₄ · 2H₂O + Енергія → CaSO₄ · 0,5H₂O ↑;

Гіпс Ангідрит

Регідратація:

CaSO₄ · 2H₂O +0,5H₂O → CaSO₄ · 2H₂O + Енергія ↑;

Напівгідрату гіпс:

CaSO₄ + 2H₂O → CaSO₄ · 2H₂O + Енергія ↑;

При температурі 65 °С відбувається повільний перехід двуводного гіпсу (CaSO₄ · 2H₂O) в напівводний (CaSO₄ · 0,5H₂O).

При температурі 100 - 140 °С двуводний гіпс швидко втрачає частину води і перетворюється в (CaSO₄ · 0,5H₂O).

При температурі 160 °С зневоднення протікає досить швидко. При подальшому нагріванні напівводний гіпс повністю зневоднюється, і в залежності від температури виходить ангідрит.

Є шість модифікацій  гіпсу:

а) двуводний гіпс ............................................. CaSO₄ · 0,5H₂O;

б) α-напівводний гіпс ......................................... α CaSO₄ · 0,5H₂O;

в) β-напівводний гіпс .......................................... β CaSO₄ · 0,5H₂O;

г) α-розчинний ангідрит .................................... α CaSO₄;

д) β-розчинний ангідрит .................................... β CaSO₄;

е) нерозчинний ангідрит .................................... CaSO₄.

Водопотребность розчинних  ангідридів на 25 – 30  % вище, ніж напівгідрату. Схоплюються вони швидше, а міцність їх нижче. Тому при випалюванні будівельного гіпсу слід уникати нагрівання температури, при якій можливе утворення розчинної ангідриту. Присутність же зневодненого напівгідрату не має шкідливого впливу на будівельний гіпс.

При подальшому підвищенні температури розчинний ангідрит переходить в нерозчинний, причому  у великій інтервалі температур 450 - 470 °С. Нерозчинний ангідрит важко розчиняється у воді і дуже повільно або майже зовсім не схоплюється і не твердне.

Різні модифікації сірчанокислого калію має кристалічні решітки  трьох типів: грати двуводного гіпсу, напівгідрату і ангідриту. Зневоднені напівгідрату мають ту ж решітку, що і напівгідрату, а решітка розчинних ангідриту така ж, як і у нерозчинних ангідриту.

В температурному інтервалі 750 - 1000 °С продукт випалу знову набуває властивостей схоплюватися і тверднути. При цих температурах сірчанокислий калій частково розкладається, а в складі продукту випалу з'являється деяка кількість вільної вапна. При температурі випалу, що перевищує 1000 °С, виходить матеріал, що містить більше вільної вапна, він схоплюється трохи швидше.

Наведено нижче дані про температури отримання різних модифікацій гіпсу характерні для дослідів в лабораторних умовах.

На заводах гіпсові  в'яжучі речовини обпікаються при  кілька більш високих температурах, тому що тут наводиться враховувати  кількість пекучого матеріалу, наявність домішок і необхідність прискорення процесу випалу.

Реакції дегідратації гіпсу  є ендотермічною і протікають з поглинанням тепла:

 СаSO₄ · 2Н₂О → α - СаSO₄ · 0,5Н₂О + 1,5Н₂О (рідина) 17,2 кДж/моль;

СаSO₄ · 2Н₂О → α - СаSO₄ · 0,5Н₂О + 1,5Н₂О (пар) 89,37 кДж / моль;

   СаSO₄ · 2Н₂О → β - СаSO₄ · 0,5Н₂О + 1,5Н₂О (рідина) 19,4 кДж / моль;

СаSO₄ · 2Н₂О → β - СаSO₄ · 0,5Н₂О + 1,5Н₂О (пар) 85,47 кДж / моль;

 СаSO₄ · 2Н₂О → α - СаSO₄ (розчин. ангідрит) + 2Н₂О 26,0 кДж / моль;

 СаSO₄ · 2Н₂О → β - СаSO₄ (розчин. ангідрит) + 2Н₂О 30,2 кДж / моль;

 СаSO₄ · 2Н₂О → СаSO₄ (нерозчин. ангідрит) + 2Н₂О 19,6 кДж / моль;

   СаSO₄ · 2Н₂О → СаSO₄ (нерозчин. ангідрит) + 2Н₂О (пар) 105 кДж / моль.

Термодинамічні дослідження  процесу дегідратації гіпсу проводили  К. Келі, Д. Суттард і К. Андервон.

СаSO₄ · 2Н₂О → α - СаSO₄ · 0,5Н₂О + 1,5Н₂О (рідина);

Рівновага (Р Н₂О = 0,1 МПа) встановлюється при температурі 97 ° С.

Нижче наведена схема  перетворення двуводного гіпсу рисунок 3.1.

       

 

 

 

 

 

 

 

 

        СаSО₄ · 2Н₂О

                                    ↙                       ↘                                   

             115 °С в атмосфері                     115 °С в атмосфері                                              

             насичений водяним                   насичений водяним

                       паром                                          паром

                              ↓                                                 ↓

             α - СаSО₄ · 0,5Н₂О                          β - СаSО₄ · 0,5Н₂О

                              ↓                                                 ↓

                200˚С – 210 ˚С                                   170˚С – 180 ˚С

                              ↓                                                 ↓

            зневодненний α - СаSО₄             зневодненний β - СаSО₄

                              ↓                                                 ↓

                          > 200˚С                                    320˚С – 360 ˚С

                              ↓                                                 ↓

                розчинний α - СаSО₄                   розчинний β - СаSО₄

 

    >450 °С

         ↓

       нерозчинний СаSО₄

          ↓

                    750˚С – 1000 °С

↓

    Са + SО₃

 

Рисунок 3.3 – Схема перетворення двуводного гіпсу

 

Схоплювання і твердіння  в'яжучого речовини полягає в  тому, що при змішуванні з водою  вона утворює пластичну масу, що перетворюється в наслідку в тверде камневидное тіло з певною міцністю. Це перетворення відбувається не відразу, а поступово і обумовлюється рядом хімічних і фізичних процесів. Умовно можна виділити наступні етапи:

а) період плинності до початку схоплювання, коли маса має  високу рухливість;

б) період схоплювання, коли маса втрачає рухливість залишаючись ще досить пластичною, здатною деформуватися по тиском зовнішніх впливів;

в) кінець схоплювання - момент, відповідний  перетворенню маси в камневидное  тіло, після якого пошкодження  матеріалу призводить до втрати міцності [2].

При твердінні будівельного гіпсу відбувається гідратація напівводного гіпсу з перетворенням його в двуводний, по рівнянню:

СаSO₄ · 0,5Н₂О + 1,5Н₂О → СаSO₄ · 2Н₂О

Отже, при твердінні  має місце процес, протилежний  тому, що відбувається при випалі [1].

Ле - Шателье наступним  чином викладає сутність цього процесу: напівводний гіпс при замішуванні водою розчиняється в ній до освіти насиченого їм розчину. Розчинність напівводного гіпсу складає близько 10 г на один літр води, вважаючи на СаSO₄. Напівгідрату в розчині в слідстві гідратації переходить в двугидрата, розчинність якого становить всього близько 2 г СаSO₄ на один літр води. Розчин, насичений по відношенню до напівводний гіпсу, є пересиченим по відношенню, що утворюється двуводного, тому останній буде виділятися з розчину у вигляді кристалів. В результаті цього розчин стає біднішим сірчанокислим калієм. Це дає можливість розчинитися в ньому нової порції гіпсу (напівводного) до утворення насиченого розчину, з якого знову буде виділятися кристали двуводного гіпсу. Цей процес триває до повної гідратації і кристалізації всього напівводного гіпсу.

А.А. Байков вказує, що при  твердінні напівводного гіпсу, крім процесів розчинення і кристалізації, має значення процес коллоідізаціі. Коли розчин стане насиченим по відношенню до напівгідрату, дія води на напівгідрату, в слідстві великої їх хімічної спорідненості, триває. Утворені при цьому двуводний гіпс не може переходити в розчин, так, як останній стосовно нього пересиченим. Тому він буде виділятися а колоїдно - дисперсному стані, що обумовлює пластичність зачиненого водою в'яжучого речовини. Виділився в колоїдальному стані двугидрата з часом переходить в кристалічну форму, причому втрата пластичності викликається утворенням великої кількості кристалів і тертям, що виникають при їх зіткненні один з одним.

В залежності від необхідної удобоукладиваімості  воду для замішування будівельного гіпсу додають у кількості, що значно перевищують необхідну для  освіти двугидрата. Після перетворення напівводного гіпсу в двуводний  зайва вода обволікає кристали двуводного гіпсу, розділяючи їх. Для збільшення механічної міцності необхідно подальше за гідратацією зрощення кристалів двуводного гіпсу, яке відбувається при випаровуванні води, в слідстві висихання твердої маси. При висиханні за рахунок гіпсу, розчиненого в випарувалася воді, відбувається зростання і зрощення між собою безлічі голчастих кристалів двугидрата. Після повного висушування, тверднення гіпсу закінчується, і подальшого наростання міцності не відбувається.

Підтвердження правильності наведеного пояснення процесу твердіння є, на думку А.А. Байкова, те, що процес гідратації, закінчується приблизно через 20 хвилин. Протікає значно швидше, ніж процес нарощування механічної міцності, яка закінчується тільки приблизно до семиденному віком; надалі помітного зростання міцності не спостерігається.