ГИПЕРПРЕССОВАНИЕ, КАК ФАКТОР, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЙ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ ГИПСОВЫХ СИСТЕМ НЕГИДРАТАЦИОННОГО ТВЕРДЕНИЯ
Петропавловская В. Б., , ТГТУ
В настоящее время многими авторами параметры прессования исследуются как фактор, определяющий как уплотнение гипсовой сырьевой смеси и геометрические параметры получаемого гипсового изделия, так и протекание физико-химических процессов структурообразования [1, 2]. При этом для получения гипсовых структур используются методы фильтпрессования, вибропрессования и полусухого прессования [2, 3, 4].
Для получения изделий на основе полуводного гипса традиционно используют литьевую технологию или вибропрессование, как наиболее эффективные. Использование полусухого прессования для получения изделий на основе гипсового вяжущего не нашло широкого промышленного применения, что связано с технологическими сложностями.
В дисперсных системах негидратационного твердения на основе двугидрата сульфата кальция давление используется, как фактор, определяющий структурообразование [1, 5].
В условиях фильтпрессования давление используется для сближения частиц двугидрата на расстояния, достаточные для образования кристаллизационных контактов. Необходимые условия достигаются за счет использования в составе сырьевой смеси на основе двугидрата добавки полуводного гипса [4] или за счет применения двусоставной сырьевой смеси порошков двугидрата с разной удельной поверхностью [1]. При этом возможно использование небольшого давления, в пределах 5 – 15 МПа.
При использовании полусухого прессования для изготовления изделий на основе двуводного гипса, как природного, так и техногенного, для сближения частиц на расстояния действия химических связей, как одного из условий, определяющих образование кристаллизационных контактов, необходимо использовать высокое давление прессования [6]. Это связано, прежде всего, с использованием невысокой степени пересыщения для образования кристаллизационных контактов между частицами двугидрата и достижения высокой прочности образующейся структуры негидратационного твердения [5]. Однако при формовании сырьевой смеси непрерывной гранулометрии с ограничением наибольшего размера частиц на основе природного гипса Красноярского месторождения повышение давления прессования до 80 МПа способствовало повышению прочности гипсового камня до 30 МПа, что не отвечает современным требованиям по эффективности [7]. Интенсивный прирост прочности материала соответствовал интервалу давлений прессования от 10 МПа до 30 МПа. Необходимо использовать дополнительные технологические приемы, позволяющие повысить эффективность прессования.
С целью повышения эффективности полусухого прессования смесей на основе двуводного гипса и физико-механических свойств получаемых гипсовых материалов негидратационного твердения в работе исследовалась зависимость прочности и средней плотности прессованного материала от давления прессования и гранулометрического состава сырьевой смеси.
Исследования проводились с использованием полидисперсного порошка непрерывной гранулометрии техногенного двуводного гипса - отходов Конаковского фаянсового завода с удельной поверхностью 3000 см2/г, а также бинарные смеси полидисперсных порошков грубого и тонкого помола природного двуводного гипса Новомосковского месторождения Тульской области, соответствующих ГОСТ 125-79. Влажность сырьевой смеси и процентное содержание порошков в составе бинарной сырьевой смеси соответствовали оптимальным значениям, установленным в ранее проведенных исследованиях [7].
Исследования процессов структурообразования в системах негидратационного твердения на основе техногенного двуводного гипса (отхода отработанных форм Конаковского фаянсового завода) показали, что при прессовании полидисперсных порошков нет необходимости использовать давление свыше 30-40 МПа, т. к. затраты энергии на прессование не компенсируются приростом прочности материала. Наибольший прирост прочности прессованного материала соответствует интервалу изменения давления прессования 5 – 40 МПа (рис.1, кривая 1). При этом плотность повышается на 16 % (рис.1, кривая 2). При дальнейшем увеличении прессующего давления прочность и плотность материала изменяются незначительно.
Рост прочности в интервале от 15 МПа до 40 МПа возможно обусловлен более плотной упаковкой зерен двуводного гипса и образованием первичных кристаллизационных контактов при сближении частиц разного размера. Однако в дисперсной системе непрерывной гранулометрии частицы имеют небольшой разброс по размерам, соответствующий нормальному распределению, что отрицательно сказывается и на их упаковке, и на количестве кристаллизационных контактов, т. к. не все контакты между частицами двуводного гипса образуют кристаллическую структуру.
Количество контактов, являющихся активными центрами кристаллизации, определяется соотношением размеров сблизившихся частиц и количественным содержанием частиц разных размеров в составе смеси. Прочность структуры изменяется соответственно растворимости смеси двугидрата сульфата кальция, определяющейся количеством контактов между частицами, размеры которых отличаются значительно [7]. Отсюда следует, что необходимо использовать бинарные смеси определенного типа, позволяющие получать максимальное количество контактов между крупными и мелкими частицами в упаковке. Использование смесей полидисперсных порошков позволяет также регулировать и степень пересыщения в системе негидратационного твердения, что в свою очередь требует использования оптимального давления прессования.
Рисунок 1 − Влияние давления прессования на свойства структур негидратационного твердения на основе техногенного двуводного гипса - отходов Конаковского фаянсового завода: 1- предел прочности при сжатии, МПа; 2 – средняя плотность, г/см3
Проведенные исследования влияния давления прессования на прочность и среднюю плотность материалов негидратационного твердения на основе природного гипса Новомосковского месторождения показали, что системы на основе бинарных смесей двугидрата способны уплотняться при меньших энергозатратах, чем смеси с непрерывной гранулометрией, которые уже при давлениях 30-40 МПа практически исчерпывают свои возможности по прочности. В случае же использования смесей нормированного гранулометрического состава, как показали проведенные исследования, система обладает большими возможностями с точки зрения эффективности использования гиперпрессования для достижения высоких физико-механических показателей получаемых материалов. Если для полидисперсной смеси двуводного техногенного гипса с непрерывной гранулометрией максимальная прочность, полученная при оптимальном с точки зрения эффективности давлении прессования, составляет 9-10 МПа (рис.1), то в случае использования бинарной смеси прочность превышает 55 МПа (рис.2).
Рисунок 2 − Влияние давления прессования на свойства структур негидратационного твердения на основе природного двуводного гипса Новомосковского месторождения (Тульская обл.) от давления прессования на: 1-предел прочности при сжатии, МПа; 2 – средняя плотность, г/см3
Наиболее интенсивный прирост прочности происходит в интервале 30-150 МПа (рис.2, кривая 1). При дальнейшем увеличении давления прессования характер зависимости несколько меняется, эффективность процесса прессования несколько снижается. Рост плотности материала с увеличением прессующего давления снижается в интервале 100 – 200 МПа (рис.2, кривая 2). Наибольшая плотность прессованного материала 2,2 г/см 3 соответствует значению прессующего давления 200 МПа. Дальнейшее увеличение давления прессования свыше 200 МПа приводит к снижению прочности получаемого гипсового материала, что возможно объясняется разуплотнением дисперсной системы.
Генезис вяжущего не оказывает существенного влияния на свойства получаемых прессованных материалов негидратационного твердения в пределах исследованных разновидностей.
Таким образом, использование полусухого гиперпрессования в качестве физико-химического фактора в дисперсных системах негидратационного твердения нормированного гранулометрического состава на основе двуводного гипса как природного, так и техногенного имеет большие потенциальные возможности в регулировании и свойств получаемых гипсовых безобжиговых изделий, и в регулировании технологического процесса их производства.
Литература
1. Полак, А. Ф. О возможности формирования кристаллизационных структур на основе двугидрата сульфата кальция [Текст] /, , // Известия вузов. 1987. №10. С.55-59.
2. Гусейнова, гипсовые облицовочные плиты [Текст] / // Строительные материалы. 1976. №11. С.35.
3. Ляшкевич, получения гипсовых изделий из отходов [Текст] / . М., 1987.
4. Мирсаев, отходы химической промышленности в производстве стеновых изделий [Текст] / , , . М.: Химия, 20с.
5.Петропавловская, процесса структурообразования в кристаллизационных системах на основе двуводного гипса [Текст] / // Вестник ТГТУ. Тверь, 2004. Вып.5. С.35-37.
6. Чемоданов, и исследование свойств композиционных материалов на основе природного гипса [Текст] / , , ; Физико-химическая механика дисперсных систем и материалов. Киев: Наукова Думка, 1983. Ч.2. С.138.
7. Пат. 2278841 Российская Федерация, С 04 В 28/14, С/20. Сырьевая смесь для изготовления гипсовых изделий и способ их изготовления [Текст] / , , ; заявитель и патентообладатель Тверской гос. техн. ун-тет. №/03; заявл. 01.02.2005; опубл. 27.06.2006, Бюл. №18.
