Исследование процесса гидратации строительного гипса при низких водогипсовых отношениях

В технологии приготовления растворов на основе гипса существенно важным является вопрос о способах управления скоростью схватывания и твердения гипса.

Для получения гипсовых растворов с замедленными сроками схватывания ранее был разработан и предложен способ двухступенчатого затворения. В связи с этим приобретает практический изучение процесса гидратации строительного гипса при низком водосодержании.

С этой целью в Научно-исследовательском институте строительных материалов и изделий (НИИСММ) АСиЛ УССР проведена специальная работа по изучению кинетики гидратации строительного гипса в зависимости от количества воды затворения с последующим микроскопическим и термографическим исследованием продуктов гидратации.

Исследования проводились на строительных гипсах, содержащих от 70 до 91 % полугидрата, небольшое количество двугидрата и нерастворимого ангидрита, и в ряде случаев — растворимый ангидрит (обезвоженный полугидрат).

Кинетика гидратации строительного гипса изучалась при водогипсовом отношение ог 0.05 до 0.3.


Для термографического исследования продуктов, полученных после окончания гидратации, определяемого по установившейся температуре гипсовой массы, отбирали пробы, дважды обрабатывали их ацетоном для удаления несвязанной влаги, высушивали и просеивали через сито N° 02.

Термический анализ производился при СКОРОСТИ нагревания около 20 град, в мин. Навеску брали в 1 г, а в качестве эталона применяли прокаленную окись алюминия. Во многих случаях параллельно проводились исследования под микроскопом.

Анализ полученных термограмм показал наличие трех эндотермических эффектов, один из которых является новым, ранее неизвестным для гипса. Появление нового эффекта, как показали исследования, вызвано определенным физическим состоянием новообразований, а именно — наличием двугидрата в высокодисперсном состоянии.

Микроскопическое исследование процесса гидратации строительного гипса показало, что при низком водосодержании лвугилпат образуется в виде массы. Под МИКРОСКОПОМ он представляет собой ТОМНУЮ непрозрачную массу, не действующую на поляризованный свет, тогда как сохранившиеся кристаллы исходного полугидрата ясно поляризуют По мере растворения гипса, с повышением количества воды затворении образующийся двугидрат приобретает ясно выраженное кристаллическое состояние с последующим укрупненном кристаллов.

Пси дегидратации в процессе термического анализа сохраняется высокодисперсное состояние гипса, однако имеют ся одиночные сравнительно крупные кристаллы, «го и приветит к своеобразию получаемых дифференциальных кривых.

Влияние степени дисперсности гипса на характер кривых нагревания показано на рис. 3. В одном случае проба была просеяна через сито N° 02, в другом— через сито № 0075. С повышением дисперсности материала эндотермичс скин эффект при 168° (на первой кривой он едва заметен) очень увеличивается, вытягиваясь большим пиком (на второй кривой), а эндотермический эффект при 200°— уменьшается.


Приведенные данные показывают, что две фракции строительного гипс, различиые по степени дисперсности, ведут себя как отдельные фазы в смысле температурных эффектов дегидратации.

На рис. 4 приведены термограммы продуктов гидратации строительного гипса при В/Г от 0,08 до 0,3.

Первая термограмма характеризует исходный гипс. Небольшой эндотермический эффект при 140° свидетельствует о наличии примеси двугидрата. а эндотермический эффект при 200° показываем что чанный материал представляет со бон в основном двугидрат. Между первым и вторымэффектами можно заметить еще слабый эффект ппи 166°, почти сливающийся со ВТОРЫМ. Наличке, по-видвмому, обусловлено содержанием в строительном гипсе небольшою количества высокодисперсного двугидрата, образование которого может быть объяснено частичной гидратацией гипса в твердой фазе при хранении его в течение продолжительного времени в сыром подвале.

На термограмме исходного гипса имеется еще небольшой экзотермический эффект при 365°, отвечающий переходу растворимого ангидрита в нерастворимый.

Три эндотермических эффекта при 140, 180 и 200° получены на тевмограмме продукта гидратации при В/Г=0,08 (кривая 2). Появление значительного эндотермического эффекта при 180° указывает на присутствие новообразований высокой дисперсности. В этом случае дегидратация fs -полугидрата происходит в две стадии. Сначала идет удаление воды из высокодисперсных частиц, что и отвечает эффекту при 180°. Следующий эффект при 200° соответствует дальнейшей потере воды из более крупных кристаллов сохранившегося негидратированным исходного полугидрата.

По мере увеличения количества волы затворения в замесах эффект при 180° на некотором протяжении увеличивается. Гак, на термограмме продукта при В/Г = 0,14 (кривая 5) эндотермический эффект при 180° заметно увеличился, вытянувшись острым пиком, а эффект при 200° уменьшился, причем в максимуме наблюдается закругление. Это свидетельствует о том. что растворения основной массы образующегося двугидрата не происходит. При В,Г=0,16 (кривая ь) эффект при 180° резко уменьшился, слившись с эндотермическим эффектом при 200°. Последний с дальнейшим не- лнчеиием водогнпсового отопления вырастает а острый пик, а кривая нагревания представляет собой термограмму, характерную для двугидрата с двумя обычными хорошо выраженными эндотермическими эффектами (кривая 5). Причина этого явления. заключается в частичном растворении новообразуюшегося двугидрата и дальнейшем развитии относительна крупных кристаллов гипса наряду с высоко дисперсно и массой.


При полном растворении гидратации весь образующийся двугидрат выделяется из раствора в виде относительно крупных кристаллов прочено одного порядка, и поэтому дальнейшее увеличение количества воды затворения не меняет характера криво перегревания.

На рис. 5 представлены термограммы продуктов гидратации строительного гипса, содержащего растворимый ангидрит. Термические изменения на этих тердюграммах имеют тот же характер, что и в предыдущих исследованиях.


Установка отражательных щитов на шестой линии цеха (пародутьевой раздув) позволила в 2 раза снизить содержание корольков в продукции и на 10"/о уменьшить потери фенолформальдегидной смолы. Экспериментальные работы по установке отражательных щитов при центробежно-дутьевом способе на том же заводе показали возможность снизить содержание корольков в вате до 3—5%.

Отсортированные корольки целесообразно использовать для плавки в вагранке, предварительно сбрикетировав их со связующей добавкой, например глиной. Поскольку модуль кислотности таких брикетов будет высок, порядка 3—4, их можно применять в качестве кислой добавки к основной шихте.

В последнее время у нас и за рубежом получили известность некоторые новые виды оборудования и новые способы получения бескорольковой минеральной ваты. Например, на минераловатном заводе в г. Воскрссспскс применяется вертикалыю-фильернодутьевой способ с получением расплавленной массы в ванной печи.

Проведенные исследоватсльско экспериментальные работы и производственный опыт свидетельствуют о возможности резкого повышения качества минеральной ваты, выпускаемой действующими заводами на существующем оборудовании с незначительном его модернизацией.


Свести к минимуму содержание корольков и значительно улучшить качество волокна, получаемого центробежно-дутьевым раздувом, можно путем изменения конструкции кольцевого сопла с тем чтобы удельные расходы пара и расплава были постоянны по всему конуса летящих продуктов раздува расплава. При пародутьевом способе должны применятся сопла типа эжишиониых. Во всех случаях желательны устройство копнльников после вагранок и установка автоматических регуляторов давления пара.

Для отделения корольков, образовавшихся до формирования минераловатного ковра, и значительного улучшения качества выпускаемой продукции следует широко применять отражательные шиты как при пародутьевом, так и центробежно-дутьевом способах получения минеральной ваты