Способы получения и область применения глины и гипсовых вяжущих веществ

СОДЕРЖАНИЕ

 

      Введение…………………………………………………………………………...3

1. Физико-химические свойства  и основные характеристики глины и гипсовых вяжущих веществ………………………………………………...........4
2. Химический состав и особенности структуры глины и гипсовых вяжущих веществ…………………………………………………………............8
3. Способы получения и область применения глины и гипсовых вяжущих веществ………………………………………………………...............................12

Заключение……………………………………………………………….............17

Список литературы………………………………………………………………18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Производство эффективных  строительных материалов и изделий, отвечающих современным требованиям  по экологичности, основным физико-механическим характеристикам, доступности и  стоимости, - важная и не решенная в  полном объеме задача строительства и промышленности строительных материалов.

Наряду с необходимостью увеличения объема выпуска гипсовых материалов и изделий, основной задачей  стало повышение качества гипсовой продукции, ее прочности, водостойкости, что значительно расширяет область применения гипсовых материалов в строительной отрасли.

Для решения этих непростых  задач необходимо совершенствовать существующие технологии и разрабатывать  в том числе и новые принципы добавок при получении гипсовых, обеспечивая тем самым широкие слои населения дешевыми, безопасными, качественными и долговечными материалами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Физико-химические свойства  и основные характеристики глины и гипсовых вяжущих веществ

 

Глина - осадочная горная порода, основные свойства которой  определяются свойствами мельчайших частиц (менее 0,005 мм) глинистых минералов.

Глинистые частицы обычно имеют пластинчатое строение и хорошо смачиваются водой (гидрофильны). Благодаря  большой удельной поверхности этих частиц глина способна поглощать  и удерживать большое количество воды (до 20...30 % по массе). При этом она разбухает и переходит в вязкопластичное состояние.

Глиняное тесто при  высыхании из-за сближения частиц дает значительную усадку. Чтобы уменьшить  усадку и предотвратить растрескивание, в глиняное тесто добавляют крупнозернистые материалы (песок, опилки).

Известно, что при повторном  увлажнении глина вновь размягчается, поэтому необходимо предохранять затвердевший глиняный материал от воздействия воды.

В  ее состав входят каолинит, свободная алюмокремневая кислота (А1₂О₃-28О₂. 2Н₂О) в виде тонких пластинок и чешуек и серицит -- разновидность мусковита (К₂О. ЗАl₂О₃. 68O₂. 2Н₂О).

В глине  встречаются  минералы с промежуточными свойствами между серицитом и каолинитом - гидрослюды.

Второстепенными минералами глины являются: кварц в виде мельчайших зёрен, иногда в весьма большом количестве, лимонит (2Ре₂О₃. ЗН₂О) в коллоидальном состоянии или в виде мелких зёрен, пирит, рутил, турмалин, углистые вещества, гипс, известковый шпат, конкреции фосфоритов, ванадиевые минералы.

Глина  образуются путём  выветривания изверженных и метаморфических  горных пород. Их хим. состав показывает генетическое родство с главнейшими  породообразующими минералами - полевыми шпатами.

Имеются и минералы (слюды  и гидрослюды), являющиеся промежуточными ступенями при выветривании полевых шпатов и образовании глины.

Гипсовые вяжущие вещества характеризуются целым комплексом свойств, которые дают возможность  оценить их качество и области  применения.

Основными свойствами гипсовых вяжущих являются: цвет, плотность, удельная поверхность, тонкость помола; водопотребность; сроки схватывания теста; механическая прочность, старение и др.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служат сульфатные горные породы, содержащие преимущественно минерал двуводный гипс.

Цвет гипсовых вяжущих  зависит от химической чистоты гипсового  сырья, содержания примесей и способа  производства. Гипсовые вяжущие белого цвета получают из чистого сырья, а серого - из сырья с примесями  минерального и органического происхождения.

Значения истинной, насыпной в уплотненном и в рыхлом состоянии  плотности гипсовых вяжущих составляют соответственно 2,6.. .2,75 г/см3,1200... 1450 и 800... 1100 кг/м3. Её определяют по ГОСТ 6427.

Внешняя удельная поверхность  гипсовых вяжущих веществ - это суммарная поверхность всех зерен в единице объема или массы. Полная удельная поверхность - это сумма внешней поверхности и поверхности пор и капилляров. На удельную поверхность влияет размер, форма и микроструктура частиц вяжущего, которые зависят от способа производства вяжущих. 
Внешняя удельная поверхность гипсовых вяжущих, применяемых для строительных целей, находится в пределах 0,3...0,5 м2/г, а высокопрочных -0,09...0,12 м2/г

Водопотребность является важнейшим свойством гипсовых вяжущих  и характеризует минимальное количество воды, необходимое для получения теста заданной консистенции. Отношение количества воды к массе гипсового вяжущего называется водогипсовым отношением (В/Г).

Водопотребность зависит  от многих факторов: состава сырья, способа получения вяжущего и тонкости его помола. Для сопоставления свойств различных гипсовых вяжущих стандартом принята величина нормальной густоты теста.

Нормальная густота (НГ) выражается значением В/Г в % или  в долях единицы, которое обеспечивает гипсовому тесту, получаемому при затворении вяжущего водой, стандартную консистенцию, характеризующуюся растекаемостью теста из цилиндра (вискозиметр Суттарда). Диаметр лепешки из теста нормальной густоты должен быть в пределах 180 ±5 мм.

Теоретически для гидратации полугидрата сульфата кальция необходимо 18,62% воды от массы вяжущего. Практически для получения теста нормальной густоты из Р-полугидрата сульфата кальция требуется 50...70%, для а-полугидрата сульфата кальция - 30...40%, для ангидритовых вяжущих - 30...35%. Водостойкие гипсовые вяжущие в зависимости от состава и технологии получения могут иметь нормальную густоту от 30 до 65%. Вода, остающаяся в гипсовом камне после гидратации испаряется, образуя в нем поры и капилляры, отрицательно влияющие на физико-технические свойства вяжущих.

Гипсовые вяжущие вещества условно разделяют на строительный, формовочный и высокопрочный  гипсы.

Гипс строительный является продуктом обжига тонкоизмельченного двуводного гипса. На отдельных заводах  после обжига гипс подвергают вторичному помолу. Он относится к мелкокристаллической разновидности гипсового вяжущего вещества, что увеличивает водопотребность при затворении строительного гипса водой до стандартной консистенции теста. В отвердевшем состоянии обладает невысокой прочностью — 2 ... 16 МПа. Но прочность на сжатие уменьшается с увлажнением образцов.

Гипс формовочный состоит также из полугидрата сульфата кальция, отличаясь от гипса строительного большей тонкостью помола.

Гипс высокопрочный является продуктом тонкого помола а-полугидрата, получаемого в результате тепловой обработки в условиях, в которых вода из гипса выделяется в капельно-жидком состоянии. Такие условия возможны в автоклаве в среде насыщенного пара при давлении 0,15 ... 0,3 МПа. Вместо автоклавов возможно использование в качестве тепловой среды водных растворов некоторых солей, например хлористого кальция.

Отличительной особенностью гипсовых вяжущих веществ является их низкий срок схватывания, что вызывает определенное неудобство при производстве строительных работ. По срокам схватывания они разделяются на быстро-, нормально- и медленнотвердеющие. Для продления сроков схватывания в гипсовое тесто нередко вводят добавки-замедлители, например кератиновый клей, сульфитно-дрожжевую бражку и др. Они адсорбируются частицами гипса, что затрудняет их 'растворение и начало схватывания.

 

Плотность гипсового  камня, кг/м3	2200-2400
Насыпная плотность  камня, кг/м3	1300-1600
Влажность, %	3-5
Твердость по шкале Мооса	2
Растворимость гипса  в воде в пересчете на CaS04, г/л, при:
18 °С	0,2
40°С	0,21
100°С	0,17
Теплопроводность в  интервале 16-46°С, Вт/(м.К)	0,43
Содержание CaS04 2H2O в гипсовом камне, %, для сортов:
I	не менее 95
II	90
III	80
IV	70

 

2. Химический состав и особенности структуры глины и гипсовых вяжущих веществ.

 

 

    Химический  анализ позволяет выяснить химический и приближенно минералогический состав сырья, составить предварительное  суждение о некоторых технологических  свойствах    глин и произвести    необходимые технологические расчеты при разработке состава масс, глазурей или эмалей.

Весьма полезен химический анализ при изучении отдельных фракций  глины, так как позволяет определить, какие минералы - плавни или отстающие - сосредоточены в тонких фракциях.

Очевидно, действие плавней  в состоянии тонкого измельчения наиболее эффективно. Содержание кремнезема, как правило, уменьшается в пелитовой и коллоидной фракциях.

Значительное содержание кремнезема в глине говорит либо о запесоченности ее, либо о том, что ее главным глинообразующим  минералом является не каолинит.

Высокий процент глинозема, близкий таковому у каолинита  теоретического состава  (39,5%), свидетельствует об огнеупорности сырья. 
Искусственное обогащение каолинов путем отмучивания их в воде способствует повышению относительного процента глинозема в них.

Содержание красящих окислов Fe₂0₃ свидетельствует о степени пригодности таких глин для производства светлых, в том числе белых, изделий, в частности фарфора и фаянса.

Глины, содержащие мало глинозема  и большое количество щелочо-земельных и щелочных окислов, являются легкоплавкими и пригодны лишь для изготовления изделий строительной керамики.

Значительное содержание щелочных окислов при повышенном содержании глинозема говорит о способности  глины рано спекаться, при сохранении ею огнеупорности. Такое сырье особенно ценно, так как из него можно изготовить изделия в широком ассортименте, и огнеупорные шамотные, и кислотоупорные плотно спекшиеся.

Высокий процент гигроскопической влаги в глине    свидетельствует обычно о ее большой пластичности.

Данные химического анализа  глин высокого качества, имеющих мало минеральных примесей, позволяют  достаточно уверенно судить о  некоторых их технических свойствах.

Под структурой глин подразумевают  распределение компонентов породы по гранулярному составу, форму частиц, их пространственную ориентировку по отношению друг к другу и силы сцепления, соединяющие их вместе.

Различают структуры в сечении, перпендикулярном к наслоению, и  структуры в сечении, параллельном наслоению.

Структуры в сечении, перпендикулярном к наслоению, разделяются на:

1) гемогенные, если напластование или слоистость не выражены;

2) ориентированные, если слоистые силикаты имеют отчетливую ориентировку, возникшую при осадконакоплении, диагенезе и т.д.

3) слоистые, если порода состоит из чередующихся слойков;

4) циклические, если в породе наблюдается ритмическое чередование, например, в ленточных глинах, в ленточных мергелях и целом ряде других осадков.

5) Микролинзовидные, если цикличность настолько локализована, что слойки кажутся залегающими несогласно даже в масштабе образца или шлифа.

Структуры в сечении, параллельном слоистости, подразделяются на:    

1)  кристаллические, если основная масса составлена хорошо индивидуализированными чешуйками;    

2)  скрытокристаллические, если кристаллическое строение различимо с трудом по присутствию слабо преломляющих участков скрытокристаллические, или аморфные, если глинистое вещество кажется изотропным. Глинистая масса имеет кристаллическое строение, а впечатление изотропности обусловлено компенсацией, возникающей при наложении друг на друга мелких кристаллических частиц.

Среди скрытокристаллических структур можно выделить следующие разновидности:     

а) трещиноватые, сетчатые, обусловленные ориентированным расположением минералов по стенкам трещин;