Министерство науки и высшего образования Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра технологии строительных материалов, изделий и конструкций Курсовая работа по дисциплине «Строительные материалы» на тему: «Гипсовые вяжущие вещества» Выполнил: студент группы бСТР-218 Зайцева Анна Сергеевна Принял: доцент кафедры ТСМИиК, канд. техн. наук Шелковникова Т.И. Оценка подпись Воронеж 2022 дата ЗАДАНИЕ на курсовую работу для студентов направления «Строительство» по дисциплине «Строительные материалы» Студенту Зайцевой Анне Сергеевне группы бСТР-218 На тему: «Гипсовые вяжущие вещества» Состав основной части курсовой работы: Введение 1. Характеристика выпускаемой продукции 2. Описание принятой технологии получения строительных материалов 3. Организация контроля качества готовой продукции 4. Область применения в строительстве 5. Заключение Список используемых источников Во введении кратко рассматривается состояние и перспективы развития производства строительных материалов конкретного вида и тенденции его рынка сбыта. В разделе характеристик выпускаемой продукции изучаются основные требования к предлагаемым строительным материалам ,принимается изделие-представитель и вычерчивается его эскиз по нормативным документам (стандартам, техническим условиям и т.д.), современным сборникам и каталогам. Приводятся основные показатели, установленные для данного вида изделия действующими стандартами и техническими условиями: размеры, масса, пустотность, теплотехнические показатели (при необходимости), прочностные показатели, морозостойкость и др. Описание принятой технологи иполучени ястроительных материалов. На основании проведенного анализа возможных вариантов реализации отдельных технологических операций в данном разделе описывается принятая технология и составляется функциональная схема производства строительных материалов. Функциональная схема дает перечень определяющих технологических переделов с указанием их параметров, последовательная связь между которыми показывается стрелками. Описание принято к реализации технологии осуществляется с указанием конкретных технологических параметров (размеров кусков материала, влажности сырья, шихты, сырца до и после сушки, давления прессования, температуры сушки и обжига, режимов тепловой обработки, способов хранения сырья, сырцовых изделий и готовой продукции и др.). В разделе организация контроля качества готовой продукции приводятся данные по контролю качества готовой продукции с указанием контролируемых параметров, периодичности контроля и применяемых методик определения контролируемых параметров. В разделе область применения в строительстве необходимо описать наиболее распространенные области использования конкретного вида строительного материала с описанием их функционального назначения В заключении даются краткие обобщающие выводы по курсовой работе Задание получил студент Зайцева А.С. / Подпись Руководитель ФИО // Подпись ФИО Представить курсовую работу На кафедру технологии строительных материалов, изделий и конструкций до « » 2022г. / Содержание Введение................................................................................................................. 3 1 Характеристика выпускаемой продукции ....................................................... 4 1.1 Гипсовые вяжущие вещества ......................................................................... 4 1.2 Свойства гипсовых вяжущих веществ .......................................................... 5 1.3 Свойства и твердение низкообжиговых гипсовых вяжущих .................... 8 1.4 Свойства и твердение высокообжиговых гипсовых вяжущих ................. 10 2 Описание принятой технологии получения строительных материалов .... 11 2.1 Производство строительного гипса ............................................................ 11 2.2 Производство с использованием гипсоварочных котлов периодического действия ......................................................................................................................... 13 3 Организация контроля качества готовой продукции ................................... 16 3.1 Общие указания ............................................................................................. 16 3.2 Отбор и подготовка проб.............................................................................. 16 3.3 Определение тонкости (степени) помола ................................................... 17 3.4 Определение сроков схватывания гипсового теста стандартной консистенции (нормальной густоты) .......................................................................... 18 3.5 Определение водопоглощения..................................................................... 21 4 Область применения в строительстве ............................................................ 22 Заключение .......................................................................................................... 26 Список используемых источников .................................................................... 27 ВГТУ 21-бСТР-285 КР Должность ФИО Зав. кафедры Н. контр. Усачев С.М. Руководит. Шелковникова Консульт. Шелковникова Шелковникова Разработал Зайцева А.С. Подпись Дата 20- Гипсовые вяжущие вещества Стадия Лист Листов КР 2 27 Кафедра ТСМИиК Введение Промышленность строительных материалов является, важной составной частью строительного комплекса страны. В свою очередь, производство вяжущих веществ (цемента, извести, гипса) и изделий строительного назначения на их основе, таких, как сборный железобетон, силикатный кирпич, газосиликатные блоки, асбестоцементные изделия, гипсокартонные листы, занимает главенствующее место среди большого многообразия применяемых в настоящее время строительных материалов. Производство строительных материалов весьма динамично совершенствуется и развивается, поскольку строительная индустрия постоянно выдвигает все более высокие требования к их качеству. Это накладывает высокие требования на уровень знаний химика-технолога, занимающегося разработкой технологий производства вяжущих веществ, поскольку комплекс эксплуатационных свойств строительных материалов служит своеобразной «обратной связью» в строительном материаловедении. Как известно, качество вяжущих веществ оценивается косвенным методом, т. е. по прочности изделий, получаемых путем их затворения и последующего твердения. Поэтому описанию технологий производства строительных материалов на основе вяжущих веществ предшествует изложение основ химии гидратации, гидролиза и твердения как простых по составу, так и сложных вяжущих систем. Знание этих процессов, безусловно, будет востребованным при проектировании составов композиционных материалов, начиная от бетонных изделий и кончая композитами на основе специальных вяжущих, предназначенных для самых разнообразных технических целей. Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Введение 3 1 Характеристика выпускаемой продукции 1.1 Гипсовые вяжущие вещества Строительным гипсом называют воздушное вяжущее, получаемое путем термической обработки природного, удовлетворяющего требованиям ГОСТ 401382 или техногенного двуводного гипса (CaSO4·2H2O) при 130-1800°С до превращения его в полуводный гипс (CaSO4·0,5H2O) с последующим измельчением в тонкий порошок. Технические требования, предъявляемые к строительному гипсу в соответствии с [10], приведены в таблице 1. Таблица 1 - Свойства строительного гипса Марка вяжущего Г-2 Г-3 Г-4 Г-5 Г-6 Г-7 Предел прочности образцов размером 40×40×160 в возрасте 2ч, МПа При сжатии При изгибе 2 1,2 3,7 2,1 4,3 2,3 5 2,5 6 3 7 3,5 Марка вяжущего Г-10 Г-13 Г-16 Г-19 Г-22 Г-25 Предел прочности образцов размером 40×40×160 в возрасте 2ч, МПа При сжатии При изгибе 10 4,5 13 5,5 16 6 19 6,5 22 7 25 8 Строительный гипс имеет плотность 2,60 - 2,75 г/см3 и объемную насыпную массу 1250 - 1450 кг/м3. По пределу прочности при сжатии установлен ряд марок от Г-2 до Г-25 (цифры соответствуют значениям прочности в МПа). В зависимости от тонкости помола строительный гипс разделен на три группы: Ι - грубого помола с остатком на сите № 02 не более 23%; ΙΙ - среднего помола - остаток на сите № 02 не более 14%; ΙΙΙ - тонкого помола - остаток на сите № 02 не более 2%. Строительный гипс применяют при изготовлении строительных деталей и изделий, предназначенных для службы внутри помещений, из-за его относительно низкой водостойкости. Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Характеристика выпускаемой продукции 4 Кроме низкообжигового строительного гипса, промышленность выпускает более водоустойчивые ангидритовый высокообжиговый гипс, гипсовый цемент для отделочных работ, эстрих-гипс. Эти вяжущие получают обжигом при температуре выше 600°С. Высокообжиговые гипсовые вяжущие - медленносхватывающиеся и медленнотвердеющие; в их состав входит безводный сульфат кальция. Плотность ангидритового вяжущего равна 2,8 - 2,9 г/см3, объемная масса в рыхлом состоянии 850 - 1100 кг/м3. Начало схватывания должно быть не ранее 30 мин, а конец - не позднее 24 ч с момента затворения. Водопотребность ангидритового вяжущего 30 -35%. Отделочный ангидритовый цемент имеет начало схватывания 1 - 2 ч, а конец - через 2-5 ч. Водопотребность 37-48%. Степень белизны (коэффициент отражения) - не менее 90%. Прочность при сжатии в 28-суточном возрасте - 25-35 МПа. Затвердевший цемент хорошо шлифуется и полируется. Эстрих-гипс получают обжигом гипсового камня при температуре 8001000°С. Он состоит из CaSO4 2-4% и соединения типа n СаО·m CaSO4. Начало схватывания Эстрих-гипса обычно наступает через 2 часа, а конец - через 16 - 36 ч. Водопотребность - 28-32%. Эстрих-гипс имеет 3 марки: Г-10, Г-15, Г-20. Изделия на основе Эстрихгипса отличаются повышенной морозостойкостью и водостойкостью, т.к. имеют большую плотность и меньшую водонепроницаемость. Основная область применения высокообжиговых гипсовых вяжущих устройство самонивелирующихся бесшовных полов (подготовка под линолеум) и в качестве компонента сухих строительных смесей. 1.2 Свойства гипсовых вяжущих веществ Основными характеристиками гипсовых вяжущих являются: цвет, плотность, удельная поверхность, тонкость помола; водопотребность; сроки схватывания теста; механическая прочность, водостойкость и др. Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Характеристика выпускаемой продукции 5 Цвет гипсовых вяжущих зависит от химической чистоты гипсового сырья, содержания примесей и способа производства. Гипсовые вяжущие белого цвета получают из чистого сырья, серого - из сырья с примесями минерального и органического происхождения. В зависимости от способа производства и качества сырья получают вяжущее сероватого цвета или высокой степени белизны. Сероватый цвет может быть обусловлен примесями углерода, содержащимися в дымовых газах, непосредственно контактирующих с гипсом при обжиге. Высокая степень белизны получается при обработке гипса в паровлажной среде. Плотность определяют по ГОСТ 6427. Значения истинной, насыпной в уплотненном и насыпной в рыхлом состоянии плотности гипсовых вяжущих составляют соответственно 2600-2750 кг/м3, 1200-1450 и 800-1100 кг/м3. Удельная поверхность гипсовых вяжущих веществ - это суммарная поверхность всех зерен в единице объема или массы, удельная поверхность гипса строительного находится в пределах 300-500 м2 /кг, а высокопрочных 90-120м2 /кг. На удельную поверхность влияет размер, форма и микроструктура частиц вяжущего. [2] Тонкость помола характеризует степень измельчения гипсового вяжущего и выражается остатком в массовых процентах на стандартном сите № 02 (соответствует зернам с размером более 200 мкм). Согласно ГОСТ 125 гипсовые вяжущие по степени помола подразделяются на вяжущие грубого (индекс 1), среднего (индекс 2) и тонкого (индекс 3) помола. Тонкость помола влияет на водопотребность вяжущих, сроки схватывания и механическую прочность. Водопотребность (для сопоставления свойств различных вяжущих в стандартах принята характеристика - нормальная густота НГ) является важнейшим свойством гипсовых вяжущих и характеризует минимальное количество воды, необходимое для получения теста заданной стандартной консистенции. Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Характеристика выпускаемой продукции 6 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. Водостойкие гипсовые вяжущие в зависимости от состава и технологии получения могут иметь нормальную густоту от 30 до 65%. Водостойкость гипсовых вяжущих оценивается по коэффициенту размягчения Кр. Гипсовые вяжущие в зависимости от величины коэффициента размягчения делятся на: - неводостойкие (НВ) - Кр< 0,45; - средней водостойкости (СВ) - 0,45 < Кр< 0,6; - повышенной водостойкости (ПВ) - 0,6 < Кр< 0,8; - водостойкие (В) - Кр> 0,8. Деформативность. Строительный гипс при схватывании и твердении в первоначальный период обладает способностью увеличиваться в объеме примерно на 0,5-1%. Увеличение объема еще не схватившегося теста не имеет вредных последствий, и даже является преимуществом при изготовлении различных изделий или ремонтных работах. Расширение затвердевшего гипсового вяжущего обусловлено наличием в нем растворимого ангидрита, поскольку он при твердении увеличивается на 0,7-0,8%, тогда как полугидрат расширяется лишь на 0,05-0,15 %. Гипсовые вяжущие, полученные при более высокой температуре и содержащие повышенное количество растворимого ангидрита, характеризуются большим объемным расширением. Высокопрочное гипсовое вяжущее при твердении обычно имеет расширение около 0,2 %. [2] Огнестойкость. Материалы из гипсовых вяжущих обладают повышенной огнестойкостью. Это обусловлено тем, что при воздействии огня затрачивается значительное количество теплоты на испарение кристаллизационной воды, выделяющейся при дегидратации двугидрата сульфата кальция, и образованием в процессе дегидратации сильно развитой пористой структуры гипса, имеющей высокий коэффициент термического сопротивления. Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Характеристика выпускаемой продукции 7 Решающее влияние на свойства гипсовых вяжущих, изготовленных из природного сырья или гипсосодержащих отходов, оказывает способ их производства и вид основного оборудования. [2] 1.3 Свойства и твердение низкообжиговых гипсовых вяжущих Низкообжиговыми гипсовыми вяжущими являются полугидратные формы сульфата кальция β и α модификаций, т.е. строительный гипс и высокопрочный соответственно. Главными отличительными признаками β-CaSO4·0,5H2O и α-CaSO4·0,5H2O являются размер и форма кристаллов. У высокопрочного гипсового вяжущего кристаллы крупнее и более совершенной формы. Согласно современным взглядам, твердение полуводного гипса можно представить следующим образом. В первом периоде, начинающемся с момента смешивания CaSO4⋅0,5H2O с водой, растворяется часть полугидрата сульфата кальция и образуется насыщенный его раствор. Образующийся, CaSO4⋅2H2O в растворе, вследствие намного меньшей, чем у полугидрата, растворимости, становится пересыщенным, поэтому выпадает в осадок (таблица 2). Таблица 2 - Растворимость в воде полугидрата сульфата кальция и продуктов его гидратации Вещество CaSO4⋅ 0,5 H2O CaSO4⋅ 2H2O t, °С 20 40 60 20 40 Растворимость, моль/л 0,06 0,05 0,04 0,0153 0,0154 Во втором периоде гидратация CaSO4⋅0,5H2O происходит прямым присоединением воды к твердому веществу, в результате чего возникает большое Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Характеристика выпускаемой продукции 8 количество коллоидных частиц.В этот период гипсовое тесто схватывается по формуле (1). CaSO4⋅0,5H2O + 1,5H2O → (CaSO4⋅0,5H2O + 1,5H2O) →CaSO4⋅2H2O В третьем периоде перекристаллизовываются с частицы CaSO4⋅2H2O образованием сростков, коллоидных что (1) размеров сопровождается падением прочности, так как при этом разрушаются термодинамически неустойчивые контакты между отдельными кристаллами. [9] Высыхание закристаллизованной системы приводит к значительному повышению прочности вследствие выкристаллизации гипса, растворенного в межпоровой воде, и устранения скольжения отдельных кристаллических образований относительно друг друга. Указанные отдельные этапы твердения накладываются один на другой. Их продолжительность зависит от состава вяжущего (содержания полугидратной модификации гипса), тонкости помола, температуры, наличия добавок и других факторов. Гидратация полуводного гипса - процесс экзотермический, сопровождающийся выделением теплоты (133 кДж на 1 кг полуводного гипса). Выделение при твердении теплоты зависит от состава гипсового вяжущего, тонкости его помола и условий твердения. С химической точки зрения твердение низкообжиговых гипсовых вяжущих протекает одинаково. Однако высокопрочное вяжущее на основе α-CaSO4·0,5H2O имеет более крупные кристаллы по сравнению с β-CaSO4·0,5H2O. Поэтому в случае затворения первого водой требуемую удобоукладываемость теста можно получить при меньшем расходе воды, чем при затворении β-CaSO4·0,5H2O. В результате затвердевший камень из α-CaSO4⋅0,5H2O приобретает повышенную плотность и прочность. Сроки схватывания гипсовых вяжущих можно регулировать, применяя различные добавки. Короткие сроки схватывания гипса неудобны для некоторых видов работ и вызывают необходимость их замедления. Как правило, для этого в гипсовое вяжущее вводят следующие добавки: сульфитно-дрожжевую бражку, столярный клей, известково-клеевой и Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Характеристика выпускаемой продукции 9 кератиновый замедлители в количестве 0,1-0,3%. Добавки, адсорбируясь на частицах полугидрата и двуводного гипса, образуют защитные пленки, тормозящие взаимодействие гипса с водой, и уменьшают скорость роста кристаллов CaSO4·2H2O, что приводит к увеличению сроков схватывания до 30 минут.[9] Для замедления схватывания применяют также фосфаты и бораты щелочных металлов и борную кислоту в количестве 0,1-0,5%. В ряде случаев необходимо не замедлять, а, наоборот, ускорять схватывание гипса, например для быстрого извлечения изделий из форм. В этом случае используют поваренную соль в количестве 2-3%, которая повышает растворимость полуводного гипса примерно в 1,5-2 раза и сокращает сроки схватывания. Для ускорения схватывания часто применяют тонкоизмельченные CaSO4⋅2H2O, CaHPO4⋅2H2O, которые выполняют роль центров кристаллизации, что также ускоряет твердение.[9] 1.4 Свойства и твердение высокообжиговых гипсовых вяжущих Высокообжиговое гипсовое вяжущее состоит в основном из нерастворимого CaSO4. Чтобы эта соль проявила способность к гидратации, применяют активаторы твердения - Na2SO4, K2SO4, FeSO4 и др., а также добавки, содержащие определенное количество свободной извести (доменный шлак, обожженный доломит, известь и т. д.). Активаторы вводятся в ангидритовое вяжущее в количестве 0,5-2%, известь 2-3%, обожженный доломит 5-8%, основный доменный шлак 10-15%. Твердение высокообжиговых гипсовых вяжущих, по данным П.П. Будникова, обусловлено тем, что в присутствии воды и активатора на поверхности частиц ангидрита образуются неустойчивые ассоциаты, которые затем распадаются с выделением CaSO4 2H2O в коллоидном состоянии. В процессе, образования значительного количества коллоидного CaSO4⋅2H2O, сопровождающегося выделением тепла, происходит схватывание. Протекающие в дальнейшем процессы перекристаллизации ведут к твердению. Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Характеристика выпускаемой продукции 10 Более быстрому протеканию твердению способствует добавление до 10% полуводного гипса.[5] Ангидритовое вяжущее по сравнению со строительным гипсом имеет более высокую водостойкость, что объясняется наличием негидратированного CaSO4 и повышенной плотностью камня. Коэффициент размягчения такого материала 0,50,6, в то время как у строительного гипса эта величина не более 0,4. Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Характеристика выпускаемой продукции 11 2 Описание принятой технологии получения строительных материалов 2.1 Производство строительного гипса Строительным гипсом называется вяжущее вещество, состоящее из β полуводного гипса и получаемое обжигом природного с последующим или предшествующим этой обработке измельчением в тонкий порошок. Тепловая обработка идет в соответствии с реакцией CaSO4 ·2H2O → b-CaSO4 ·0,5H2O +1,5 Н2О → 19,4 (ж) или 85,47 кДж/моль (пар). Теоретически для получения 1 кг продукта необходимо затратить 580 кДж тепла, двуводный гипс при этом теряет воду в количестве 15,76% своей массы. Получается, что теоретический коэффициент выхода полуводного гипса 1- (15,76/100) » 0,842, а соответствующий коэффициент расхода сырья на единицу массы продукции 1/0,842 = 1,188. Гипсовые заводы размещают как вблизи месторождений сырья, так и на значительных расстояниях, что в каждом отдельном случае определяют на основе технико-экономических данных с учетом местных условий. Производство строительного гипса состоит из трех основных технологических переделов: - предварительной подготовки сырья, заключающейся в его дроблении, сушке и тонком измельчении; - непосредственно тепловой обработке - дегидратации; - доведения до окончательной тонкости помола, если его не осуществили в начале производственного процесса или если дополнительным (вторичным) помолом преследуются специальные цели. Основные способы производства, применяемые в настоящее время, делятся на следующие группы. [1] I группа. Предварительная сушка и измельчение в порошок с последующей дегидратацией. Обжиг происходит в гипсоварочных котлах. Подразделяется на подгруппы: - с использованием котлов периодического действия. К достоинствам относят возможность установки одного оборудования для предварительной ВГТУ 21-бСТР-285 КР Описание принятой технологии получения строительных материалов Лист 11 сушки и помола гипса - шахтной мельницы, производительность которой и тонкость помола зависят от скорости газового потока. Недостатки - сложность автоматизации подобной технологической линии, периодичность работы обжигового оборудования и в некоторых случаях необходимость вторичного помола продукта для значительного увеличения его технических свойств; - с использованием котлов непрерывного действия. Преимущества - более совершенная схема, максимальная автоматизация процесса. Вследствие непрерывной подачи свежего сырья в котлы в них поддерживается высокая степень насыщения водяными парами, что улучшает модификационный состав и свойства продукта. Общим достоинством производства гипса по технологическим схемам этой группы является получение чистого вяжущего, не загрязненного дымовыми газами.[1] II группа. Совмещение операций сушки, помола и обжига в одном аппарате, как правило, в мельнице. Преимущества - упрощение технологической схемы производства. Недостатки - свойства готового продукта зависят от типа и используемого оборудования. На одних установках получают гипс высокого качества, но, как правило, агрегаты характеризуются небольшой производительностью, на других - неоднородным по модификационному составу, со значительным количеством недожога или пережога, но аппараты имеют большую производительность. III группа. Обжиг гипса в виде кусков различных размеров с последующим измельчением в порошок готового продукта. В данной технологии можно использовать разные виды печей: шахтные, камерные, вращающиеся либо, с учетом низкой температуры обжига гипса, различные виды сушильных установок. Учитывая, что наибольшее распространение в промышленности строительных материалов получила барабанная сушилка, то именно она и используется как вращающаяся печь. В этом случае технологию производства можно разделить на шесть подгрупп: - с одной вращающейся печью; - с двумя; - с двумя печами и холодильником; ВГТУ 21-бСТР-285 КР Описание принятой технологии получения строительных материалов Лист 12 - с вращающейся двухбарабанной печью высоко- и низкотемпературным обжигом; - с двухзонной вращающейся печью; - с двухзонной вращающейся печью и сушкой во взвешенном состоянии. 2.2 Производство с использованием гипсоварочных котлов периодического действия Гипсовый камень доставляют из карьеров в кусках размером 300 - 500 мм либо в виде щебня фракций 10 - 15 мм, однако это вызывает необходимость его дробления, которое осуществляют в одну или две стадии, используя щековые, молотковые или роторные дробилки (см. рисунок 1). Первые применяют обычно при двухстадийном дроблении для получения кусков размером 30 - 50, вторые для вторичного дробления в мелкий щебень размером до 10 - 15 мм. Экономичным считается дробление в одну стадию в крупных молотковых или роторных дробилках до фракции 0 - 25 мм. На сегодняшний день наиболее эффективным считается использование самоходных роторных дробилок, которые ходят в карьере вслед за экскаватором и сразу размалывают добываемое сырье(см. рисунок 2, а). Тонкое измельчение осуществляют в щахтных, роликомаятниковых и других мельницах, с учетом получения порошка, частицы которого имели бы кубическую форму, при которой обеспечивается наиболее быстрое и равномерное удаление гидратной воды из кристаллов. Этого удается добиться при использовании мельниц ударного воздействия. Помол влажного гипса затруднителен, поэтому на заводах эту операцию совмещают с сушкой (см. рисунок 2, б). Для подсушки из топок варочных котлов в мельницу подают горячие газы с температурой 300-400°C. В мельнице удаляется и часть кристаллизационной воды. ВГТУ 21-бСТР-285 КР Описание принятой технологии получения строительных материалов Лист 13 Рисунок 1 - Схема производства строительного гипса с использованием гипсоварочных котлов: 1 - сырьевой бункер; 2 - пластинчатый питатель; 3 - щековая дробилка; 4 - элеватор; 5 бункер гипсового щебня; 6 - дисковый тарельчатый питатель; 7 - шахтная мельница; 8 сдвоенный циклон; 9 - батарейный циклон; 10 - вентилятор; 11 - рукавный фильтр; 12 вентилятор; 13 - собирающий шнек; 14 - калориферная установка; 15 - бункер сы- рого молотого гипса; 16 - шнек-питатель; 17 - гипсоварочный котел; 18 - бункер томле- ния; 19 разгрузочный шнек; 20 - элеватор; 21 - шнек; 22 - силосы готового продукта; 23 - бункер угля; 24 - топка котла; 25 - газоход топочных газов; 26 - труба подачи топоч- ных газов в мельницу; 27 - труба отвода водяного пара из котла; 28 - камера осаждения; 29 - рукавный фильтр; 30 собирающий шнек; 31 - калориферная установка Поток газов увлекает измельченный и подсушенный материал из камеры измельчения в верх шахты, откуда тонкие частицы вместе с газами попадают в пылеосадительные устройства, а грубые выпадают из потока и возвращаются в мельницу. Обычно в 1 м3 газа содержится около 1 кг гипсовой пыли. Изменяя скорость потока газа с помощью вентилятора высокого давления, установленного за циклонами, можно регулировать тонкость помола гипса. В зависимости от желаемого размола их скорость поддерживается в пределах 3,5 - 6 м/с. Производительность шахтных мельниц 3-25 т/ч. При измельчении до остатка 10% на сите № 02 требуемый расход электроэнергии - 8 - 10 кВт ·ч/т без учета расхода энергии на работу вентилятора и питателей. [1] ВГТУ 21-бСТР-285 КР Описание принятой технологии получения строительных материалов Лист 14 Рисунок - 2 Виды оборудования для измельчения гипса: а - самоходная роторная дробилка в карьере; б - шахтная; в - роликово-маятниковая мельница Циклоны - эффективные пылеосадительные устройства. Состоят из верхней цилиндрической и нижней конической части. Запыленные газы входят по касательной в верхнюю часть, внутри приобретают вращательное движение и за счет центробежной силы взвешенные частицы отбрасываются к внутренней поверхности цилиндра, по которой оседают в коническую часть. Имеют самую простую конструкцию, надежны в работе, могут очищать газы с температурой до 400°C. ВГТУ 21-бСТР-285 КР Описание принятой технологии получения строительных материалов Лист 15 3 Организация контроля качества готовой продукции 3.1 Общие указания Помещение, в котором проводят испытания, испытуемые материалы и образцы, а также приборы должны иметь температуру (23±2)°С. Относительная влажность в помещении должна быть (50±5)%. Температуру и влажность помещения ежедневно отмечают в рабочем журнале. Приборы и испытательное оборудование, применяемые при проведении испытаний, должны быть изготовлены из водостойких материалов, не реагирующих на сульфат кальция (стекло, нержавеющая сталь, пластмасса и др.), и не должны иметь повреждений и следов затвердевшего раствора. Применяемые средства измерения должны быть проверены (калиброваны), а испытательное оборудование - аттестовано по нормативным документам, действующим на территории государства - участника Соглашения, принявшего настоящий стандарт, и соответствовать требованиям настоящего стандарта.[12] 3.2 Отбор и подготовка проб Сущность метода отбора заключается в подготовке усредненной пробы для испытаний. От каждой партии гипсового вяжущего, подлежащего испытанию, отбирают пробу массой от 10 до 15 кг. На предприятии-изготовителе при текущем контроле отдельные пробы следует отбирать преимущественно из потока материала перед его упаковкой или отгрузкой навалом. При поставке гипсового вяжущего без упаковки пробу отбирают непосредственно из транспортных средств равными частями в четырех местах. При поставке гипсового вяжущего, упакованного в мешки, пробу отбирают из 10 мешков массой от 1,0 до 1,5 кг из середины каждого мешка. Отобранную пробу тщательно перемешивают и методом квартования отбирают пробу массой от 5 до 7 кг; данную пробу делят на две равные части, одну из которых направляют на проведение испытаний, предусмотренных ВГТУ 21-бСТР-285 КР Организация контроля качества готовой продукции Лист 16 настоящим стандартом, другую - помещают в герметичную упаковку и хранят как арбитражную в сухом помещении при температуре (23±2)°С. Маркировка упаковки с пробами, а также протокол отбора проб должны включать в себя: - наименование предприятия-изготовителя или его товарный знак; - условное обозначение гипсового вяжущего; - номер партии; - дату отгрузки; - место и дату отбора пробы. 3.3 Определение тонкости (степени) помола Сущность метода заключается в определении массы гипсового вяжущего, оставшегося при просеивании на сите с ячейками размером в свету 0,2 мм.[12] Для определения тонкости помола применяют: - сушильный шкаф, обеспечивающий температуру (50±5)°С; - весы с погрешностью взвешивания не более 0,05 г; - сито с ячейками размером в свету 0,2 мм по ГОСТ 6613; - термометр со шкалой до температуры 100°С; - установку для механического просеивания. Пробу гипсового вяжущего массой 50г, взвешенную с погрешностью не более 0,1 г и предварительно высушенную в сушильном шкафу в течение 1 часа при температуре (50±5)°С, высыпают на сито и проводят просеивание вручную, на механической установке или с помощью прибора-анализатора. Просеивание считают законченным, если сквозь сито в течение 1 минуты при ручном просеивании проходит не более 0,05г гипсового вяжущего. Тонкость помола отдельной пробы определяют в процентах с погрешностью не более 0,1% как отношение массы, оставшейся на сите, к массе первоначальной пробы. За значение тонкости помола принимают среднее арифметическое результатов двух испытаний. ВГТУ 21-бСТР-285 КР Организация контроля качества готовой продукции Лист 17 При арбитражных испытаниях за основу принимают ручное просеивание. Допускается определять зерновой состав на приборе-анализаторе, если погрешность измерения на приборе не превышает аналогичный показатель, установленный при испытании вручную (±0,1%). При определении зернового состава на приборе-анализаторе контрольное просеивание проводят вручную. [12] 3.4 Определение сроков схватывания гипсового теста стандартной консистенции (номальной густоты) Стандартная консистенция (нормальная густота) характеризуется диаметром расплыва гипсового теста, вытекающего из цилиндра при его поднятии. Диаметр расплыва должен быть равен (180±5) мм. Количество воды является основным критерием определения свойств гипсового вяжущего: времени схватывания и предела прочности. Количество воды выражается в процентах как отношение массы воды, необходимой для получения гипсовой смеси стандартной консистенции, к массе гипсового вяжущего в граммах. Для определения стандартной консистенции применяют: - чашку вместимостью более 500 см3; - мешалку ручную, имеющую более трех петель, из проволоки диаметром от 1 до 2 мм (рисунок 3); Рисунок 3 - Мешалка ручная ВГТУ 21-бСТР-285 КР Организация контроля качества готовой продукции Лист 18 - стекло диаметром более 240 мм, на которое наносят ряд концентрических окружностей диаметром от 150 до 220 мм через каждые 10 мм, а окружности диаметром от 170 до 190 мм - через 5 мм; окружности можно наносить на лист белой бумаги и помещать его между двумя листами стекла; - цилиндр из нержавеющего металла с полированной поверхностью (рисунок 4); Рисунок 4 - Цилиндр из нержавеющего металла - линейку металлическую по ГОСТ 427 длиной 250 мм ценой деления 1 мм; - весы по с пределом допускаемой погрешности взвешивания ±0,01 г; - секундомер; - воду по ГОСТ 23732. Для определения сроков схватывания используют гипсовое тесто стандартной консистенции. Сущность метода состоит в определении времени от начала контакта гипсового вяжущего с водой до начала и конца схватывания теста. Для определения сроков схватывания применяют: - секундомер; - кольцо коническое из коррозионно-стойкого материала (рисунок 5); ВГТУ 21-бСТР-285 КР Организация контроля качества готовой продукции Лист 19 Рисунок 5 - Кольцо коническое из коррозионно-стойкого материала - пластину полированную из коррозионно-стойкого материала размером не менее 100×100 мм; - прибор Вика с массой подвижной части (300±2) г. Размеры иглы приведены на рисунке 6. Игла должна быть изготовлена из твердой нержавеющей стальной проволоки с полированной поверхностью и не иметь искривлений. Рисунок 6 - прибор Вика Перед началом испытания проверяют, свободно ли опускается стержень прибора Вика, а также нулевое положение подвижной части.[12] Кольцо, предварительно протертое и смазанное минеральным маслом и установленное на полированную пластинку, заполняют тестом. Для удаления попавшего в тесто воздуха кольцо с пластинкой четыре-пять раз встряхивают путем поднятия и опускания одной из сторон пластинки примерно на 10 мм. После этого излишки теста срезают линейкой и заполненную форму на пластинке устанавливают на основании прибора Вика. Подвижную часть прибора с иглой устанавливают в такое положение, при котором конец иглы касается поверхности гипсового теста, а затем иглу свободно опускают в кольцо с тестом. Погружение проводят один раз каждые 30 с, начиная с целого числа минут. После каждого погружения иглу тщательно вытирают, а пластинку вместе с кольцом передвигают так, чтобы каждое последующее погружение иглы находилось на расстоянии не менее 10 мм от мест предыдущих погружений и края кольца. После каждого погружения иглу протирают. ВГТУ 21-бСТР-285 КР Организация контроля качества готовой продукции Лист 20 Начало схватывания определяют временем, выраженным в минутах, истекших от момента добавления гипсового вяжущего к воде до момента, когда свободно опущенная игла после погружения в тесто первый раз не доходит до поверхности пластинки, а конец схватывания - когда свободно опущенная игла погружается на глубину не более 1 мм. Время начала и конца схватывания выражают в минутах. 3.5 Определение водопоглощения Водопоглощение гипса определяют на трех образцах-балочках. Образцы перед испытанием высушивают при температуре от 45°С до 55°С до постоянной массы. Массу образца считают постоянной, если результаты двух последовательных взвешиваний отличаются друг от друга менее чем на 0,1%. Образцы взвешивают с точностью до 0,01г, после чего помещают в горизонтальном положении в ванну и заливают до половины водой. Через 2 часа ±2 минуты их заливают водой полностью и выдерживают еще в течение 2 часов ±2 минут. После этого образцы извлекают из воды, обтирают влажной тканью и взвешивают с точностью до 0,01г. Массу воды, вытекшую из пор образца на чашку весов, следует включать в массу насыщенного образца. Водопоглощение гипса WM отдельного образца по массе, %, вычисляют с погрешностью до 0,1% по формуле: WM = mc − mв · 100%, mc где mc - масса высушенного образца, г; mв- масса водонасыщенного образца, г. Водопоглощение гипса отдельного образца по объему, %, вычисляют с погрешностью до 0,1% по формуле: W0 = WM ρ0 · 100%, ρв где ρ0 - плотность гипсового камня в сухом состоянии, кг/м3; ρв - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3. ВГТУ 21-бСТР-285 КР Организация контроля качества готовой продукции Лист 21 Значения водопоглощения определяют как среднее арифметическое результатов ВГТУ 21-бСТР-285 КР трех определений.[12] Организация контроля качества готовой продукции Лист 22 4 Область применения в строительстве В зависимости от способа получения гипсовые вяжущие вещества делятся на три основные группы (таблица 3): - I - вяжущие, получаемые термической обработкой гипсового сырья: низкообжиговые (обжиговые и варочные) и высокообжиговые; - II - вяжущие, получаемые без термической обработки (безобжиговые); - III - вяжущие, получаемые смешиванием гипсовых вяжущих I или II групп с различными компонентами (минеральными и химическими). В I группу входят: гипсовые вяжущие, основной составляющей которых является α- полугидрат или β-полугидрат сульфата кальция (или их смесь), а также растворимый ангидрит; ангидритовые вяжущие, состоящие, главным образом, из полностью обезвоженного гипса или даже частично диссоциированного ангидрита, содержащего небольшое количество свободного оксида кальция. Во II группу входят: вяжущие, получаемые на основе природного двугидрата сульфата кальция; вяжущие, получаемые на основе природного ангидрита. Для активации твердения этих вяжущих вводятся специальные добавки. В III группу входят вяжущие, получаемые смешиванием гипсовых вяжущих I и II групп с различными компонентами (известь, портландцемент и его разновидности, активные минеральные добавки, химические добавки и др.). Вяжущие I и II групп являются неводостойкими (воздушными) гипсовыми вяжущими (НГВ). Вяжущие III группы относятся, за некоторым исключением, к водостойким гипсовым вяжущим (ВГВ). Для производства указанных в таблице 3 гипсовых вяжущих веществ применяют природное гипсовое, ангидритовое сырье или гипсосодержащие отходы. [7] Таблица 3 - Классификация и области применения гипсовых вяжущих веществ Вид вяжущих Область применения Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Область применения в строительстве 22 Обжиговые неводостойкие (воздушные) гипсовые вяжущие вещества Продолжение таблицы 3 Изготовление строительных растворов, Гипсовое вяжущее марок Г-2...Г-7 изделий и деталей, а также для (строительный гипс) получения смешанных гипсовых вяжущих В керамической (фарфоро-фаянсовой) промышленности для изготовления капов, форм и моделей, в автомобильной и авиационной промышленности, а также в точном машиностроении при изготовлении форм для литья цветных металлов и сплавов. Для медицинских целей: в Гипсовое вяжущее марок Г-7...Г-25 ортопедии для изготовления (формовочный, медицинский, хирургических повязок, лангет и технический, высокопрочный гипсы) муляжных слепков, а также в стоматологии при снятии оттисков для зубных протезов. Для строительных целей, в том числе декоративных и архитектурных деталей, саморазравнивающихся стяжек под полы, строительных растворов. Для получения смешанных гипсовых вяжущих. Стоматология, медицинские цели, Супергипс (Г-22...Г-25) ювелирное производств Ангидритовый цемент (ангидритовое Кладочные растворы, устройство вяжущее) стяжек под полы, изготовление строительных изделий и деталей, изготовление искусственного мрамора, Эстрих-гипс или высокообжиговый для получения смешанных гипс ангидритовых вяжущих Специальные ангидритовые Отделочные растворы, архитектурнообжиговые вяжущие (отделочный строительные изделия, искусственный ангидритовый цемент) мрамор Безобжиговые гипсовые вяжущие Ангидритовый цемент (ангидритовое Строительные растворы, изготовление вяжущее) строительных изделий для стен малоэтажных зданий, архитектурных Гипсовый цемент деталей Смешанные гипсовые вяжушие вещества а) водостойкие Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Область применения в строительстве 23 Гипсоцементно- пуццолановые и гипсоцементношлако-пуццолановые вяжущие Композиционные гипсовые вяжущие Композиционные ангидритовые вяжущие Гипсоизвестково- шлаковые вяжушие б) неводостойкие Гипсоизвестковые вяжущие Гипсошлаковые Продолжение таблицы 3 Приготовление строительных растворов и бетонов, способных к гидравлическому твердению; изготовление строительных изделий, деталей и конструкций, в том числе несущих, устройство саморазравнивающихся стяжек под полы и др. Изготовление мелкоштучных строительных изделий и растворов Изготовление мелкоштучных строительных изделий и растворов Гипсовые вяжущие марок Г-2...Г-5 состоящие в основном из β-полугидрата, грубого, среднего и тонкого помола (согласно ГОСТ 125), обычно называют строительным гипсом; марок Г-5...Г-25 тонкого помола - формовочным гипсом или гипсовым вяжущим. Гипсовые сульфата вяжущие, состоящие преимущественно кальция и обозначаемые маркой из α-полугидрата выше Г-7, часто называют высокопрочным или техническим гипсом. Гипсовые вяжущие, применяемые в хирургии и стоматологии называют медицинским гипсом. Это вяжущее должно быть марки не ниже Г-4. Ангидритовыми вяжущими веществами называют порошкообразные материалы, состоящие из природного или полученного обжигом ангидрита и активизаторов твердения. Различают собственно ангидритовое вяжущее (цемент) и высокообжиговый гипс (эстрих-гипс). Гипсовым цементом называют материал, получаемый путем тонкого помола гипсового камня совместно с активизирующими добавками или без них по сухому или мокрому способу. Смешанные гипсовые вяжущие вещества состоят в основном из гипсовых вяжущих I или II групп, извести или портландцемента с модифицирующими минеральными и химическими добавками. Их получают путем смешивания всех Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Область применения в строительстве 24 компонентов или введения модифицирующих добавок в процессе производства гипсовых вяжущих. Наибольшее распространение получили следующие виды водостойких гипсовых вяжущих: - гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ), представляет собой смесь гипсового вяжущего марки не ниже Г-4 (50-70%), портландцемента или его разновидностей и активной минеральной добавки (трепел, опока, диатомит, кислые шлаки и золы, и т.п.), взятых в надлежащих соотношениях. Соотношение между портландцементом и активной минеральной добавкой определяется по методике, изложенной в ТУ 21-31-62-89. Вместо портландцемента и активной минеральной добавки можно использовать пуццолановый портландцемент с необходимым количеством активной минеральной добавки; - композиционные гипсовые вяжущие (КГВ) - новое поколение гипсоцементно-пуццолановых вяжущих - представляют собой однородную смесь гипсового вяжущего (50-80%) с органо-минеральным модификатором, получаемым совместной механо-химической активацией портландцемента (или извести), кремнеземистого компонента, суперпластификатора и других модифицирующих добавок; - композиционные смешиванием исходных или совместным компонентов кремнеземистых ангидритовые добавок, вяжущие помолом (ангидритового получают тщательным предварительно активированных вяжущего, портландцемента, пластифицирующих и других химических и минеральных добавок).[7] Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Область применения в строительстве 25 Заключение Гипсовые вяжущие вещества - это очень важные строительные материалы. Сейчас в РФ выпускается более 30 разновидностей вяжущих веществ для удовлетворения различных требований промышленного, сельскохозяйственного, жилищного, гидротехнического гражданского, и дорожно- транспортного строительства. Гипсовые вяжущие вещества обладают рядом достоинств и недостатков. К достоинствам относят: небольшую объемную массу, огнестойкость, хорошую звукоизоляцию. Кроме того, гипсовые вещества является безопасными в применении материалом, то есть экологически чистым товаром. К недостаткам относят: низкую водостойкость, низкую прочность и ползучесть под нагрузкой, особенно в условиях повышенной влажности. Гипс имеет относительно небольшой период хранения. Подсчитано, что уже спустя три месяца хранения гипс теряет прочность примерно на 25-50%. Но со всеми этими недостатками можно бороться применяя определенные методы. Также большой скачок сделан в развитии производства органических вяжущих материалов. Их характеристики определяют главные эффективные сферы их применения в строительной индустрии. На их базе производятся различные мастики (битумные, битумно-полимерные, битумно-резиновые, битумно-дегтевые, дегтевые, дегте-полимерные), битумные и дегтевые эмульсии, пасты и прочее. Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Заключение 26 Список используемых источников 1. Пащенко А.А. Вяжущие материалы / А.А. Пащенко, В.П. Сербин, Е.А. Старчевская.- Киев : Высшая школа, 2014.- 440 с. 2. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества / А.В. Волженский, Ю.С. Буров, В.С. Колокольников.- Москва : Строй- издат, 2017.- 464 с. 3. Лугинина И.Г. Химия и химическая технология неорганических вяжущих материалов: В 2 ч. / И.Г. Лугинина.- Белгород : БГТУ, 2014.- Ч. 1. - 240 с. 4. Методические рекомендации по применению классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Гипс и ангидрит. Утверждены распоряжением МПР от 05.06. 2007. Разработаны ФГУ ГКЗ.- Москва, 2017. 30 с. 5. Вихтер Я.И. Производство гипсовых вяжущих / Я.И. Вихтер.- Москва : Высшая школа, 2016.- 278 с. 6. ГОСТ 4013-82. Камень гипсовый и гипсоангидритовый для производства вяжущих материалов ; Введ. 1983-07-01.- Москва : Госстандарт Россиии ; Изд-во стандартов, 2008.- 4 с. 7. Мещеряков Ю. Г. Гипсовые попутные промышленные продукты и их применение в производстве строительных материалов / Ю.Г. Мещеряков.Ленинград : Стройиздат, 2012.- 144 с. 8. Мирюк О. А. Вяжущие вещества из техногенного сырья / О. А. Мирюк, И. С. Ахметов. - Рудный : Индустриальный ин-т.- 2012.- 248 с. 9. Справочник по производству гипса и гипсовых изделий / под ред. К.А. Зубарева.- Москва : Стройиздат, 2013.- 335 с. 10. ГОСТ 125-79. Вяжущие гипсовые. Технические условия ; Введ. 1980-0701.- Москва : Госстандарт России ; Изд-во стандартов, 2012.- 5 с. 11. Магнезиальные вяжущие из природного сырья /Л.Я. Крамер, Т.Н. Черных, А.А. Орлов, Б.Я. Трофимов.- Челябинск : ООО «Искра-Профи», 2012. 146 с. 12. ГОСТ 23789-2018. Межгосударственный стандарт. Вяжущие гипсовые. От 2019.05.01 Лист ВГТУ 21-бСТР-285 КР Список используемых источников 27