Поризованный, акустический гипс

Реферат

 

Отчет    с., 10 табл., 12 рис., 9 источников.

Газогипс, добавки- поризаторы, физико-механические свойства, структура  образцов, диаметр пор и толщина  перегородок, лабораторная опытная партия, протокол испытаний

Объектом исследования является технология производства акустических материалов на основе гипсового вяжущего.

Цель работы – разработать составы  для производства газогипса. Изготовить лабораторные образцы газогипса и определить их свойства в зависимости от марки используемого вяжущего, соотношения карбонатной составляющей и газообразователя и последовательности их ввода в сырьевую смесь. Исследовать влияние структуры образцов (диаметра пор и толщины межпоровых перегородок) на физико-механические свойства.

Проведен анализ  способов поризации  с помощью газообразующих веществ.

Разработаны составы и исследованы  свойства образцов на основе различных типов газообразователей: солей сильных кислот (АlCl₃ и Аl₂(SO₄)₃×18 Н₂О), сильных кислот (Н₂SO₄, НCl и Н₃РО₄), кислот средней силы (сульфосалициловой, лимонной, винной, малоновой, уксусной, малеиновой и щавелевой), вводимых совместно с карбонатсодержащей добавкой (мел и доломит).

Установлено, что ввод доломита в  качестве карбонатной добавки увеличивает прочностные показатели газогипса. Установлена возможность получения газогипса с плотностью до 600 кг/м³ и прочностью 1,5-4,0 МПа (в зависимости от марки гипсового вяжущего) при использовании в качестве газообразователя щавелевой кислоты, а карбонатной добавки – доломита. Установлено, что оптимальное  соотношение газообразователь : карбонатная добавка  составляет 1:1,5.

Установлено, что при использовании  в качестве газообразователя сильных кислот и их солей газообразователь необходимо вводить  в воду затворения, а карбонатную составляющую вводить совместно с гипсовым  вяжущим. При использовании в качестве газообразователя щавелевой кислоты последовательность ввода компонентов не оказывает влияния на физико-механические свойства образцов. При этом время перемешивания смеси не должно превышать 90 секунд.

Исследовано влияние  различных катализаторов на процесс вспучивания смеси на основе перекиси водорода и процесс газовыделения кислорода. Установлено, что оптимальным является ввод в сырьевую смесь в качестве катализатора МnCl₂ в количестве 0,006% от массы гипсового вяжущего.

Разработаны составы, выпущена и испытана опытная партия газогипса на основе гипсового вяжущего разных марок  и перекиси водорода в качестве газообразователя. На основе высокопрочного гипсового вяжущего (марок Г10-Г13) получен газогипс с плотностью 400 кг/м³ и прочностью 2,0 МПа. На строительном гипсе Г4 при такой же плотности прочность образцов 2 раза меньше. Установлено, что марка гипсового вяжущего определяет физико-механические свойства газогипса, а также степень дефектности его структуры. Диаметр пор определяется количеством газообразователя, вводимого в сырьевую смесь.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

		стр.
	Введение……………………………………………………………..	4
01	Акустический гипс	6
01.01	Поризация гипсовых материалов с помощью газообразующих веществ………………………………………………………………	6
01.02	Выбор газообразующих добавок…………………………………..	7
01.3	Разработка составов газогипса……………………………………..	9
01.3.1	Структурообразование  газогипса на основе солей сильных  кислот………………………………………………………………..	9
01.3.2	Структурообразование  газогипса на основе сильных кислот…...	10
01.3.3	Структурообразование  газогипса на основе кислот средней  силы………………………………………………………………….	13
01.4	Структурообразование газогипса  на основе перекиси водорода..	18
01.5	Исследование влияния структуры  газогипса на его свойства…...	24
	Заключение ……………………………………………………........	31
	Список использованных источников …………………………......	32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

01.01 Поризация гипсовых материалов с помощью газообразующих веществ

Известные способы низкотемпературной поризации можно разделить на три основные группы: поризация с  помощью пенообразующих (поверхностно-активных) веществ,  с помощью  порообразующих добавок (вступающих или не вступающих в химическую реакцию с компонентами минеральной массы) и поризация путем аэрирования.

Главными требованиями к газообразователям  являются:

- плавное течение процесса газообразования  с получением нетоксичных и  не вызывающих коррозию продуктов;

- большой объем выделяющегося  газа;

- устойчивость газообразователя  в условиях хранения и транспортирования;

- доступность и относительно  низкая стоимость.

Для ячеистых бетонов на цементном, известковом или смешанном вяжущих самым распространенным газообразователем является алюминиевая пудра, представляющая собой тонкодиспергированный порошок алюминия, 1 г которого выделяет 1250-1500 см³ водорода в зависимости от температуры среды.

Для гипсовых материалов алюминиевая  пудра не является технологичным газообразователем, поскольку требует повышения температуры смеси до 40-50⁰С, введения щелочного компонента и замедлителя сроков схватывания, хотя в литературе имеются сведения о получении на ее основе газогипса [1].

Известны также составы газогипса, получающиеся в результате реакции взаимодействия вносимых из вне карбонатов и кислых химических     веществ [2-7].

Имеются сведения о возможности  получения газогипса на основе выделения газовой фазы из газообразователя. Таким  газообразователем является, например, перекись водорода, разлагающаяся в слабощелочной среде на воду и кислород, вспучивающий гипсовую массу, при этом щелочность среды создается введением в гипсовую смесь извести, аммиака или едкого натра [8,9].

Необходимо отметить, что имеющиеся  в литературе сведения о составах и свойствах газогипса носят отрывочный характер и не всегда могут быть воспроизведены в практике изготовления гипсовых изделий.

Формирование структуры вяжущих  материалов обусловлена межмолекулярным взаимодействием образующихся кристаллогидратов коллоидной степени дисперсности между собой и молекулами воды затворения. Состояние структурообразующей системы определяется энергетическим уровнем этих межмолекулярных связей и их количеством в единице объема. Поэтому правомерно предполагать, во-первых, что на стадии формировано  макропористой структуры газогипсовой смеси определяющим фактором является энергия связи влаги с вяжущим веществом и соотношение между твердой и жидкой фазами в единице объема. Во-вторых, для получения газогипса с максимальной прочностью при заданной плотности необходимо чтобы:

- исходная система «полугидрат  сульфата кальция – вода» до  начала  газообразования была определенным образом структурирована, то есть представляла собой первичную коллоидную коагуляционную структуру, в которой жидкая фаза непрерывна, а твердая частично  дискретна и частично непрерывна, другими словами – готова к образованию  макропор, но еще не удерживает форму;

- к завершению  вспучивания система  готова к переходу в следующее  структурное состояние, обеспечивающее удержание возросшего объема    массы – коллоидную коагуляционную структуру с частично непрерывной и частично дискретной жидкой фазой и непрерывной твердой фазой.

Так как реологические параметры  вяжущих систем также зависят  от энергетических уровней влаги, то путем изменения начального значения энергии связи (изменение водогипсового отношения, концентрации газообразующих добавок) можно управлять средней плотностью газогипса.

Для получения эффекта газообразования  можно использовать реакцию взаимодействия между карбонатом и кислотами или солями, образующими при гидролизе кислоты. При этом максимальная скорость газообразования наблюдается при наличии в смеси карбонатов в виде углекислого кальция, минимальная – в виде доломита и мергелей.

01.02 Выбор газообразующих добавок

В соответствии с приведенной выше рабочей гипотезой  получения  газогипса при вводе в гипсовую смесь карбонатов, необходимым  условием является применения  веществ кислотного характера, вступающих с ними в химическое взаимодействие, в результате которого выделяется СО₂, вспучивающий гипсовую массу.

В общем случае, в качестве газообразующих добавок  можно использовать:

- сильные кислоты: серную (Н₂SO₄), соляную (НСl), фосфорную (Н₃РО₄);

- соли сильных кислот: Al Сl₃×6Н₂О, Al₂(SO₄)₃×18Н₂О;

- кислоты средней силы: щавелевую, уксусную, лимонную, винную, янтарную, малеиновую,  малоновую,  сульфосалициловую.

При выборе газообразователя не должно теряться основное технологическое преимущество гипсового вяжущего – короткие сроки схватывания, поэтому реакция  газообразования по срокам должна заведомо опережать начало структурообразования гипсовой массы.

Для всестороннего анализа  влияния добавок кислотного характера  на кинетику структурообразования, а также на технологические и физико-механические свойства газогипса наиболее характерные представители перечисленных выше классов добавок приведем к единым термодинамическим условиям: В/Г=const=0,43 и количество выделившегося V_СО2 =0,25 л. Результаты расчетов приведены в таблице 1

 

Таблица 1 – Исходные газообразующие добавки в количествах, соответствующих V_СО2 =0,25 л

 

Характеристика добавок		Количество, г	рН	Произведение растворимости
класс добавок	вид добавки
Сильные кислоты	серная	1,09	1,18	-
	соляная кислота	0,815	0,3
	ортофосфорная кислота	0,73
Соли сильных кислот	хлористый алюминий	1,797	3-4	-
	сернокислый алюминий	2,48	2-3
Кислоты средней силы	уксусная кислота	1,34	2,53	4,76
	сульфосалициловая кислота	2,43	1,73	2,86
	лимонная кислота	1,43	1,865	3,13
	винная кислота	1,67	1,82	3,04
	малеиновая кислота	1,29	1,25	1,92
	малоновая кислота	1,16	1,726	2,85
	щавелевая кислота	1,05	1,0	1,25

            

  В качестве карбонатной  добавки использовался карбонат  кальция (СаСО₃) марки х.ч.

При проведении экспериментов  использовали разные марки гипсового вяжущего: Г4 – строительный гипс, основу которого составляет b - полугидрат сульфата кальция производства ОАО «БелГипс», а также высокопрочное гипсовое вяжущее (a-полугидрат сульфата кальция) марок Г7 и Г13 производства ОАО «Забудова». Свойства вяжущего приведены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Свойства гипсового вяжущего

 

Марка вяжущего	В/Г	Сроки схватывания, мин		Прочность, МПа
		начало	конец	Rсж		Rизг
				2 ч.	сухих	2 ч.	сухих
Г4	0,50	9′ 00′′	15 00′′	5,0	12,6	2,4	5,2
Г7	0,45	4′ 30′′	12′ 00′′	7,8	14,2	3,5	6,3
Г13	0,40	9′′ 00	13′ 00′′	13,0	15,2	5,5	7,8

 

 

 

 

01.3 Разработка составов  газогипса

01.3.1 Структурообразование  газогипса на основе солей  сильных кислот

Для получения газогипса  на основе солей сильных кислот были исследованы легкогидролизующиеся соли сильных кислот, которые при гидролизе дают малодиссоциированные  основания  с  рН   полного  осаждения  не выше 6. В  основном  это  соли  соляной  и  серной  кислот:  АlCl₃,    FeCl₃,   Al₂(SO₄)₃, Fe NH₄(SO₄)₃. Для экспериментов выбраны  соли алюминия и двух сильных кислот: соляной и серной  - АlCl₃ и Al₂(SO₄)₃×18Н₂О.

При проведении экспериментов  была принята следующая методика ввода компонентов. Газообразователь вводили в воду затворения, а карбонатную  добавку перемешивали с сухим гипсовым вяжущим и уже данную  смесь вводили при перемешивании в раствор газообразователя. Такая методика приготовления формовочной смеси была принята исходя из возможности получения однородной смеси и, как следствие, газогипса с более высокими прочностными характеристиками. При вводе солей-газообразователей совместно с карбонатной добавкой получить однородную смесь проблематично из-за начала реакции газовыделения. Время  перемешивания гипсовой смеси не превышало 30 секунд. Такое ограничение времени перемешивания было связано с тем, что реакция газообразования начинается непосредственно при затворении смеси, т.е. при контакте раствора газообразователя и  карбонатной добавки. Прочностные характеристики образцов  и их плотность определяли в воздушно-сухом состоянии. Влияние количества добавок газообразователя, карбоната  кальция  и их соотношения на прочность гипсовых отливок и их плотность приведена  в таблицах 3 и 4