Русский   Deutsch
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Виробництво в’яжучих матеріалів є основою сучасного будівництва. Одним з таких матеріалів є гіпс. Гіпс це сульфат кальцію, який може зустрічатися в різних видах гідратного стану у зв’язку з кристалізаційною водою, а також і без кристалізаційної води. Гіпсовий камінь, що зустрічається у природі є дигідрат сульфату кальцію (CaSО4 • 2Н2О). Наявна в природі вільна від кристалізаційної води форма сульфату кальцію позначається в якості ангідриту (CaSО4). Обидва мінерали протягом геологічних процесів утворювалися по всьому світу і у великих кількостях, вони видобуваються і знаходять технічне застосування в усьому світі. Крім того, гіпс або ангідрит отримують у великих кількостях як промислового побічного продукту.

Гіпс здавна використовується в якості будівельного матеріалу і матеріалу для інших потреб. Його використання можливе за рахунок легкості процесу зневоднення (дегідратації) дигідрату сульфату кальцію, наприклад, гіпсового каменя. При цьому хімічно зв’язана з CaSО4 вода частково або повністю витісняється.

1. Області застосування гіпсових вʼяжучих

Основними споживачами природного гіпсового мінеральної сировини (гіпсу та ангідриту) є:

2. Мета та задачі роботи

У даній роботі нами ставилася мета знайти раціональні шляхи поліпшення і підвищення технологічних та експлуатаційних властивостей будівельного гіпсу і наблизити їх до властивостей високоміцного. Для цього нами було досліджено вплив ряду факторів і добавок на основні властивості гіпсового в’яжучого.

3. Актуальність теми

У наш час використання гіпсових в’яжучих все більш поширюється. І тому, завдяки знаходженню оптимальних шляхів підвищення та поліпшення властивостей гіпсу можна налагодити більш раціональне, якісне та дешеве виробництво гіпсових в’яжучих.

4. Фізико-хімічні властивості продуктів дегідратації гіпсу

Двуводний гіпс (CaSО4 • 2Н2О) має здатність виділяти при нагріванні частково або повністю свою кристалізаційну (гідратну) воду. Дегідратація відзначається вже з 66–70 °С, але значно прискорюється, при більш високих температурах (107–115 °С). Процес дегідратації по осьовим напрямам кристалів CaSО4 • 2Н2О протікає нерівномірно. Найбільша швидкість зневоднення спостерігається в площині розташування шарів води в решітці CaSО4 • 2Н2О і практично відсутня у перпендикулярному до неї напрямку [3].

Продуктами дегідратації гіпсу є напівводний гіпс і ангідрит. Рівняння хімічної реакції отримання напівводного гіпсу має наступний вигляд:

CaSО4 • 2Н2О = CaSО4 • ½ H2О + 1 ½ Н2О

Образование ангидрида протекает в двух фазах, по уравнениям 1 и 2.

CaSО4 • 2Н2О = CaSО4 • ½ H2О + 1 ½ Н2О (1)

CaSО4 • ½ Н2О = CaSО4 + ½ Н2О (2)

Залежно від умов, в яких протікає реакція, продукти дегідратації гіпсу можуть бути представлені різними модифікаціями, що відрізняються один від одного питомою вагою, формою і розмірами кристалів, теплотою гідратації, теплоємністю, оптичними властивостями та ін.

За даними П. П. Будинкового, Д. С. Белянкіна і Л. Г. Берга та інших в системі CaSО4 — Н2О можливе існування наступних модифікацій водного та безводного сульфату кальцію [2]:

За даними цих дослідників наведена також схема рисунок 1.

Рисунок 1 - Схема умов утворення модифікацій водного та безводного сульфату кальцію

Рисунок 1 - Схема умов утворення модифікацій водного та безводного сульфату кальцію

Крім дигідрату сульфату кальцію, напівгідрату сульфату кальцію, ангідриту III і ангідриту II в якості п’ятої фази є ще ангідрит I, який, однак, існує тільки при температурах вище 1180 ºС [2]. Дигідрат сульфату кальцію є вихідним і кінцевим продуктом.

Напівгідрат сульфату кальцію відомий у двох формах: α–напівгідрат і β–напівгідрат. Вони виникають при різних умовах випалу і відрізняються своїми фізичними властивостями. Під мікроскопом β–напівгідрат показує, наприклад, частинки колишніх зерен або кристалів дигідрату, що розтріскалися. Для α–напівгідрату видно добре кристали, що добре сформувалися рисунок 2.

Рисунок 2 - Вигляд зерен гіпсових модифікацій при збільшенні x2000

Рисунок 2 - Вигляд зерен гіпсових модифікацій при збільшенні ×2000

Ангідрит III, званий також розчинним ангідритом, також існує у двох формах: β– і α–III. Ангідрит II відповідає за своїм хімічним складом ангідриту, що зустрічається в природних умовах, він виникає при повному зневодненні виниклого природним або технологічним шляхом дигідрату, напівгідрату або ангідриту III.

5. Можливі шляхи підвищення властивостей гіпсових в’яжучих

Гіпс високоміцний цілком застосовний для виготовлення конструкцій і частин споруд, призначених для роботи в умовах змінної вологості, і може застосовуватися для зведення зовнішніх стін одноповерхових і багатоповерхових будівель.

Колір високоміцного гіпсу зазвичай білий. Введенням в нього різних фарб можна отримати кольорові вироби, а з окремих фрагментів забарвлених порід — мозаїчні вироби. Вироби з високоміцного гіпсу мало тепло — і звукопровідні, але в порівнянні з виробами з будівельного гіпсу відрізняються високою морозостійкістю, підвищеною водостійкістю і меншою схильністю до пластичних деформацій.

Виготовлення високоміцного гіпсу більш ускладнено від звичайного, так як використовуються теплові агрегати більш складної конструкції, таким чином, збільшуючи матеріальну цінність виробництва. Тому для будівельних цілей використовується β–модифікація гіпсу. Однак застоування такого гіпсу можливе тільки в умовах, коли вологість середовища, де використовується це в’яжуче, не перевищує 65–75 % [1]. Для формувального або медичного призначення цей гіпс не може застосовуватися через низькі експлуатаційні характеристики, такі як механічна міцність, щільність, водостійкість та ін. Збільшувати ці характеристики, а також змінювати терміни схоплювання і твердіння гіпсу можна шляхом введення модифікуючих домішок. Для цих цілей використовують такі класи добавок як [3]:

5.1 Властивості та шляхи їх поліпшення

Водопотреба гіпсу. Збільшити її можна підвищенням ступеня його подрібнення. Разом з тим подрібнення його до питомої поверхні приблизно 2500&nmdash;3000 см/г навіть при деякому збільшенні водопотреби суміші призводить до підвищення міцності гіпсових виливків. Тому доцільно подрібнювати гіпс тонше, ніж це передбачено вимогами стандарту. Водопотреба гіпсу значно знижується при введенні з водою замішування сповільнювачів схоплювання (кератінового, вапняно-клейового сповільнювача, лігносульфанат технічний, синтетичних жирних кислот ( СЖК )) у кількості до 0,1–0,3 % маси в’яжучого. За допомогою цих речовин вдається знизити кількість води замішування будівельного гіпсу на 10–15 % при забезпеченні нормальної густоти.

Фізико-механічні властивості. Підвищення міцності будівельного гіпсу може бути досягнуто добавкою до нього вапна в кількості близько 5 %. Позитивна дія вапна пояснюється тим, що вона каталитично впливає на ангідрит, який зазвичай міститься в будівельному гіпсі. Вапно можна додавати при термообробці гіпсового каменю або при приготуванні розчину. Ще одним способом для отримання більш міцних виливків є зниження величини нормального водогіпсового відношення, тобто знижують нормальну густоту гіпсу [4-5]. Це досягається додаванням пластифікаторів — речовин, які розріджують гіпсову масу. Як пластифікатор застосовують лігносульфанат технічний, який вводять у воду замішування в кількості 0,25–1,0 %.

Терміни тужавіння. Будівельний гіпс — швидко тужавіє. Швидке тужавіння напівводного гіпсу є в більшості випадків позитивною його властивістю, що дозволяє швидко витягати вироби з форм. Проте у ряді випадків швидке схоплювання небажано. Для регулювання термінів схоплювання (прискорення і уповільнення) в гіпс при замішуванні вводять різні домішки. Схоплювання гіпсу прискорюється, якщо домішки, наприклад NaCl, КС1, Na2SО4, підсилюють розчинність напівгідрата у воді. Зазвичай цей ефект досягається при введенні добавок у воду замішування в кількості до 2–3 %. Найчастіше для прискорення схоплювання будівельного гіпсу застосовують двуводний гіпс, кухонну сіль і сульфат натрію, вводячи їх в кількості від 0,2 до 3 % маси напвгідрата. А для уповільнення використовують кератиновий і вапняно-клейовий сповільнювачі, а також ЛСТ в кількості, що не перевищує 0,1–0,5 % (в перерахунку на суху речовину) маси гіпсу. Слід зазначити, що введення домішок (прискорювачів або уповільнювачів тужавлення) зазвичай негативно позначається на кінцевій міцності гіпсових виробів. Це виявляється, якщо їх отримують з суміші з домішками і без них при однаковому водогіпсовому відношенні. Однак введення поверхнево-активних речовин в помірній кількості (до 0,1–0,3 %) сприяє зазвичай збільшенню міцності виробів, так як зниження ними активності гіпсу компенсується в цьому випадку приростом міцності внаслідок значного зменшення водогіпсового відношення при отриманні сумішей з однаковою рухливістю.

Пористість. Для створення особливої пористої структури затверділого матеріалу використовують поверхнево-активні речовини, які зменшують поверхневий натяг води, і тим самим покращують огортання самих дрібних частинок розчинної суміші. При цьому утворюються мікропори, рівномірно розподілені по всьому об’єму. Вони мінімізують утворення тріщин, покращуючи, таким чином, морозостійкість і технологічність. Вводяться такі домішки в усі розчини в малих кількостях 0,01–0,03 %.

Водостійкість. Одним із способів підвищення водостійкості гіпсових в’яжучих є обробка будівельних матеріалів кремнеорганічними речовинами [5]. Існує кілька методів обробки будівельних матеріалів кремнеорганічними сполуками:

Найкращі результати досягаються комбінуванням методів обробки матеріалів кремнеорганічними сполуками.

Висновки

Таким чином, залежно від призначення гіпсового в’яжучого, використовуючи ті чи інші домішки можна регулювати його властивості в потрібному напрямку.

Перелік посилань

  1. Вяжущие материалы / А. А. Пащенко, В. П. Сербин, Е. А. Старчевская. – К.: Вища школа, 1993. – 440 с.
  2. Untersuchungen zur hygromehanischen Stabilitat von kristallinem Calciumsulfat-Halbhzdrat / H. U. Hummel, B. Abdussaljamov, H. B. Fischer, J. Stark. – ZKG –International,2001. – 465 s.
  3. Справочник по производству гипса и гипсовых изделий / Под ред. К. А. Зубарева. – М.: ЮНИТИ, 1995. – 464 с.
  4. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение) / Под ред. А. В. Ферронской. – М.: Издательство АСВ, 2004. – 488 с.
  5. Булычев, Г. Г. Смешанные гипсы. Производство и применение / Г. Г. Булычев. – М.: Издательство АСВ, 1992. – 132 с.