Минеральные вяжущие материалы

Минеральные вяжущие материалы

Минеральными вяжущими материалами называют тонкоизмельченные порошки, образующие при смешивании с водой пластичное тесто, под влиянием физико-химических процессов переходящее в камневидное состояние. Это свойство вяжущих веществ используют для приготовления на их основе растворов, бетонов, безобжиговых искусственных каменных материалов и изделий. Различают минеральные вяжущие вещества воздушные и гидравлические.

Воздушные вяжущие веществатвердеют, долго сохраняют и повышают свою прочность только на воздухе. К воздушным вяжущим веществам относятся гипсовые и магнезиальные вяжущие, воздушная известь и кислотоупорный цемент. Гидравлические вяжущие веществаспособны твердеть и длительно сохранять свою прочность не только на воздухе, но и в воде. В группу гидравлических вяжущих входят портландцемент и его разновидности, пуццолановые и шлаковые вяжущие, глиноземистый и расширяющиеся цементы, гидравлическая известь. Их используют в надземных, в подземных и подводных конструкциях.

Наряду с этим различают вяжущие вещества, эффективно твердеющие только при автоклавной обработке – давлении насыщенного пара 0,8–1,2 МПа и температуре 170–200 °C. В группу вяжущих веществ автоклавного твердениявходят известково-кремнеземистые и известково-нефелиновые вяжущие.

Гипсовые вяжущие веществаделят на две группы: низкообжиговые и высокообжиговые. Низкообжиговые гипсовые вяжущие веществаполучают при нагревании двуводного гипса CaS0 ₄2H ₂0 до температуры 150–160 °C с частичной дегидратацией двуводного гипса и переводом его в полуводный гипс CaS0 ₄0,5H ₂0.

Высокообжиговые (ангидритовые) вяжущиеполучают обжигом двуводного гипса при более высокой температуре до 700—1000 °C с полной потерей химически связанной воды и образованием безводного сульфата кальция – ангидрита CaS0 ₄. К низкообжиговым относится строительный, формовочный и высокопрочный гипс, а к высокообжиговым – ангидритовый цемент и эстрихгипс.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих служат природный гипсовый камень и природный ангидрит CaS0 ₄, а также отходы химической промышленности, содержащие двуводный или безводный сернокислый кальций, например фосфогипс. Возможно применение гипсосодержащего природного сырья в виде сажи и глиногипса.

Гипсовым вяжущим называют воздушное вяжущее вещество, состоящее преимущественно из полуводного гипса и получаемое путем тепловой обработки гипсового камня при температуре 150–160 °C. При этом двуводный гипс CaS0 ₄*2H ₂0, содержащийся в гипсовом камне, дегидратирует.

В этих условиях образуются мелкие кристаллы полуводного сернокислого кальция-модификации; такой гипс обладает повышенной водопотребностью (60–65 % воды). Избыточная вода, т. е. сверх необходимого на гидратацию гипса (15 %), испаряется, образуя поры, вследствие чего затвердевший гипс имеет высокую пористость (до 40 %) и, соответственно, небольшую прочность. Производство гипса складывается из дробления, помола и тепловой обработки (дегидратации) гипсового камня. Имеется несколько технологических схем производства гипсового вяжущего: в одних помол предшествует обжигу, в других помол производится после обжига, а в третьих помол и обжиг совмещаются в одном аппарате. Последний способ получил название «обжига гипса во взвешенном состоянии». Тепловую обработку гипсового камня производят в варочных котлах, сушильных барабанах, шахтных или других мельницах.

Наиболее распространена схема производства гипсового вяжущего с применением варочных котлов. Гипсовый камень, поступающий на завод в крупных кусках, сначала дробят, затем измельчают в мельнице, одновременно подсушивая его. В порошкообразном виде камень направляют в варочный котел периодического или в установку непрерывного действия. При варке в котле гипс не соприкасается с топочными газами, что позволяет получать чистую продукцию, не загрязненную золой топлива.

Гипсовое вяжущее в сушильных барабанах получают путем обжига гипсового камня в виде щебня размером до 20 мм. В результате вращения наклонного барабана перемещается в сторону наклона. Из топки в барабан поступают раскаленные дымовые газы, которые при движении вдоль барабана обжигают гипсовый камень, а с противоположной стороны удаляются вентилятором. Далее гипсовый камень измельчают в мельницах.

Быстрое схватывание гипса затрудняет в ряде случаев его использование и вызывает необходимость применения замедлителей схватывания (кератинового, известково-кератинового клея, сульфитно-дрожжевой бражки в количестве 0,1–0,3 % от массы гипса). Замедлители схватывания уменьшают скорость растворения полу-водного гипса и замедляют диффузионные процессы. При необходимости ускорить схватывание гипса к нему добавляют двуводный гипс, поваренную соль, серную кислоту. Одни из них повышают растворимость полуводного гипса, другие (двуводный гипс) образуют центры кристаллизации, вокруг которых быстро закристаллизовывается вся масса.

Применяется гипсовое вяжущее для производства гипсовых и гипсобетонных строительных изделий для внутренних частей зданий (перегородочных плит, панелей, сухой штукатурки, приготовления гипсовых и смешанных растворов, производства декоративных и отделочных материалов, например искусственного мрамора), а также для производства гипсоцементно-пуццолановых вяжущих.

Высокопрочный гипс является разновидностью полуводного гипса. Этот полуводный гипс a-модификации, который имеет более крупные кристаллы, обусловливающие меньшую водопотребность гипса (40–45 % воды), позволяет получать гипсовый камень с большей плотностью и прочностью. Получают его путем нагревания природного гипса паром под давлением 0,2–0,3 МПа с последующей сушкой при температуре 160–180 °C. Прочность его за

7 суток достигает 15–40 МПа.

Формовочный гипс состоит в основном из кристаллов р-модификации и незначительного количества примесей. Он обладает повышенной водопотребностью, а будучи затвердевшим, имеет высокую пористость. Это свойство формовочного гипса успешно используется в керамической и фарфорофаянсовой промышленности для изготовления форм.