CC BY
47Берёзкина Ю. В., канд. техн. наук, доц. Югорский институт развития строительного комплекса
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ГАЗОГИПСА
Исследованы методы регулирования физико-механических характеристик газогипсового материала.
Ключевые слова: газогипс, гипсовое вяжущее, серная кислота, древесные опилки, газообразо-ватель.
Важнейшим резервом экономии топливно-энергетических ресурсов при эксплуатации зданий и сооружений различного назначения является использование эффективного теплоизоляционного материала - газогипса. Наибольшее практическое применение в настоящее время нашел способ производства газогипса с использованием в качестве газообразо-вателя кислот средней силы с константами диссоциации Кд = 10-2 - 10-5 (винная, малеиновая, щавелевая и др.). При этом оптимальным газо-образователем среди них оказалась щавелевая кислота. Применение этой кислоты, вводимой в гипсовое вяжущее вместе с водой затворения, позволяло получить материал с наименьшей средней плотностью 300 кг/м3 [1].
С точки зрения технологичности оптимальной среди используемых для производства газогипса кислот в качестве газообразователя, является щавелевая кислота, которая позволяет получать далеко не идеальный по экологическим показателям газогипсовый материал. Теоретически экологически чистый газогипс может быть получен при использовании серной кислоты в качестве газообразователя до полного, без остатка, взаимодействия серной кислоты с карбонатным балластом, присутствующим в гипсовом вяжущем. Полное взаимодействие весьма проблематично осуществить при традиционном способе изготовлении газогипса, когда кислота вместе с водой затворения вводится в гипсовое вяжущее. Также серную кислоту технологически сложно использовать для производства газогипса из-за большой разности сроков схватывания гипсового теста и продолжительности газовыделения при взаимодействии кислоты с карбонатным балластом вяжущего.
В связи с этим была разработана и предложена интенсивная раздельная технология приготовления газогипсовой смеси с использованием серной кислоты (рис. 1). Принципиальное отличие предлагаемой раздельной техноло-
гии от традиционной, заключается в способе подачи серной кислоты в гипсовое вяжущее, вводимой с помощью древесно-опилочного «носителя». Что позволит обеспечить выравнивание продолжительности процессов газовыделения и схватывания гипсового теста, а также полностью уровнять процессы взаимодействия серной кислоты с карбонатным балластом, в качестве которого использовалась доломитовая пыль Агаповского известково-доломитового карьера в количестве 1 % от массы гипса.
В данной статье приведены исследования, целью которых являлось установление зависимостей физико-механических характеристик получаемого газогипсового материала от количественного содержания древесно-опилочного «носителя» и концентрации водного раствора серной кислоты.
Для проведения исследований использовались:
- гипсовое вяжущее марки Г-3 Актюбин-ского гипсового завода, изготовленного из сырья Борлинского гипсового карьера, характеризующееся показателями, приведёнными в таблицах 1, 2;
- химически чистая серная кислота (Н2Б04) 100 %;
- древесные опилки, полученные от распиловки древесины хвойных пород (10 % влажности), с размером частиц от 1 до 5 мм;
- вода водопроводная.
Необходимость в проведении исследований по установлению зависимости физико-механических характеристик получаемого газогипсового материала от количественного содержания древесно-опилочного «носителя» возникла потому, что рассев опилок является достаточно трудоемкой операцией и, кроме того, использование лишь нескольких опилочных фракций, а не всей опилочной массы увеличивает себестоимость изготовления газогипса и создает проблему дальнейшей утилизации остающихся опилочных фракций.
1 этап (приготовление минерализованной опилочной массы)
2 этап (перемешивание минерализованной опилочной массы с гипсовым тестом)
у
V
10
Л
1 Ч 2 ч
Древесные опилки Серная кислота
6 ч 1 7 \
у У
\
N
> <
Ч
> <1
7
/Г
У
3 4
Вода Гипсовое
вяжущее
8
/Г
У
11
/Г
12 /
—7 13
7|
5
9
Рисунок 1. Схема интенсивной раздельной технологии приготовления газогипсовой смеси 1 - ёмкость для древесных опилок; 2 - ёмкость для серной кислоты; 3 - ёмкость для воды; 4 - ёмкость для гипсового вяжущего; 5 - дозатор древесных опилок; 6 - дозатор серной кислоты; 7 - дозатор воды; 8 - дозатор гипсового вяжущего; 9 - смеситель для водного раствора серной кислоты; 10 - турбулентный смеситель для приготовления минерализованной опилочной массы; 11 - основной смеситель для газогипсовой смеси; 12 - воронка выдачи газогипсовой смеси; 13 - форма
Таблица 1
Химический состав
Химическое вещество Са804-0,5И20 СаО СаСО3 М^С03 МвО
Количество, % 91,11 4,4 3,16 0,9 0,43
Таблица 2
Свойства гипсового теста
Свойство Нормальная густота гипсового теста при В/Г Начало схватывания гипсового теста нормальной густоты Конец схватывания гипсового теста нормальной густоты
Показатель 0,645 4 мин 12 мин
При проведении исследования были использованы 4 рабочих состава, включавших опилочную массу с различным фракционным содержанием (табл. 3).
Физико-механические характеристики газогипса определялись на образцах размерами 7*7 см по 6 штук для каждого состава, при средней плотности влажного и сухого образца (табл. 4).
Таблица 3
Фракционное содержание опилочных масс
"——-Фракция опилок № состава " ■——____ менее 1 мм 1-3 мм 3-5 мм
№ 1 - 100 % -
№ 2 - 50 % 50 %
№ 3 50 % 25 % 25 %
№ 4 100 % - -
Таблица 4
Влияние фракционного состава древесно-опилочного «носителя» на физико-механические
№ состава Состав Количество компонентов, г. В/Г Рвлаж , кг / м3 Рсух. , кг / м3 МПа
1 Г:В:Карб:Оп:Кисл. 400:273:4:25:10 0,75 450,8 380 0,15
2 Г:В:Карб: Оп:Кисл 400:273:4:25:10 0,75 456,9 385 0,16
3 Г:В:Карб:Оп:Кисл 400:273:4:25:10 0,75 464,2 408 0,22
4 Г:В:Карб:Оп:Кисл 400:273:4:25:10 0,75 497,7 416 0,24
Анализ результатов проведённых исследований подтвердил правильность выдвинутой рабочей гипотезы о возможности использовании нерассеянной опилочной массы для получения газогипсового материала со средней плотностью 350 кг/м3 и ниже.
Также было установлено, что присутствие в опилочной массе опилок мелкой фракции с размером частиц менее 1 мм обеспечивало заметное повышение прочностных характеристик получаемого газогипса (с 0,22 до 0,24 МПа) при средней плотности (408-416 кг/м3) материала.
В связи с этим исследования по определению возможности регулирования прочности и
средней плотности газогипсового материала посредством изменения концентрации водного раствора серной кислоты, используемого в качестве газообразователя, проводились на опи-лочном рабочем составе № 4, включающем древесно-опилочный «носитель» одной фракции менее 1 мм. В ходе выполнения экспериментов кислотная составляющая в составе газогипсовой смеси из 10 % раствора серной кислоты последовательно увеличивается до 50 % с шагом 10 %, при этом объем воды оставался неизменным и составлял 273 мл. Результаты выполненных исследований представлены в табл. 5.
Таблица 5
Изменение физико-механических характеристик газогипса в зависимости от концентрации
Анализ результатов проведённых исследований подтвердил правильность выдвинутой рабочей гипотезы о возможности использовании нерассеянной опилочной массы для получения газогипсового материала со средней плотностью 350 кг/м3 и ниже.
Также было установлено, что присутствие в опилочной массе опилок мелкой фракции с размером частиц менее 1 мм обеспечивало заметное повышение прочностных характеристик получаемого газогипса (с 0,22 до 0,24 МПа) при средней плотности (408-416 кг/м3) материала.
В связи с этим исследования по определению возможности регулирования прочности и
средней плотности газогипсового материала посредством изменения концентрации водного раствора серной кислоты, используемого в качестве газообразователя, проводились на опи-лочном рабочем составе № 4, включающем древесно-опилочный «носитель» одной фракции менее 1 мм. В ходе выполнения экспериментов кислотная составляющая в составе газогипсовой смеси из 10 % раствора серной кислоты последовательно увеличивается до 50 % с шагом 10 %, при этом объем воды оставался неизменным и составлял 273 мл. Результаты выполненных исследований представлены в табл. 5.
Таблица 5
Изменение физико-механических характеристик газогипса в зависимости от концентрации
№ состава Состав Количество компонентов, г. В/Г Р влаж , кг / м3 Р сух. , кг / м3 Rсж., МПа
4 Г:В:Карб:Оп:Кисл. 400:273:4:25:27,3 0,75 590,6 440 0,30
4 Г:В:Карб:Оп:Кисл 400:273:4:25:54,6 0,75 518,5 385 0,16
4 Г:В:Карб:Оп:Кисл 400:273:4:25:81,9 0,75 445,2 377 0,145
4 Г:В: Карб:Оп:Кисл 400:273:4:25:109,2 0,75 440,3 370 0,125
4 Г:В: Карб:Оп:Кисл 400:273:4:25:136,5 0,75 439,2 330 0,025
Выводы:
На основании проведенных исследований по определению возможности регулирования физико-механических характеристик газогипсового материала посредством изменения концентрации водного раствора серной кислоты можно выделить следующие состояния пористой структуры газогипсового материала (рис. 2):
- при концентрации водного раствора серной кислоты в интервале от 10 % до 20% объём пористой структуры распределяется неравномерно и имеет разные диаметры пор по объёму материала;
- при увеличении концентрации водного раствора серной кислоты от 20 % до 30 % происходит фиксация равномерной пористой
структуры гипсового теста со сравнительно одинаковым диаметром пор;
- при максимальной концентрации водного раствора серной кислоты в интервале от 30% до
Рсух, кг/п Рсж, МПо.
50 % наблюдается образование в объёме пористой структуры гипсового теста «рваных» незамкнутых ячеек.
В/Ки:л, %
Концентрация Йобного раст&ора серной кислоты
Состояние пористой структуры га.эогипсоЬо£о материала зп о о Ж
05ъ,ём пористости, % 75 82 90
Рисунок 2. График изменение физико-механических характеристик газогипса в зависимости от концентрации водного раствора серной кислоты: 1 - межпоровые перегородки; 2 -воздушные поры; 3 - древесно-опилочный «носитель» водного раствора серной кислоты
Предложенная раздельная технология производства газогипса с использованием дре-весно-опилочного «носителя» серной кислоты обеспечивает оптимальные физико -
механические показатели газогипсового материала при введении в состав гипсовой смеси водного раствора серной кислоты в количестве от 20 % до 30 % от массы воды и использование опилок мелкой фракции с размером частиц менее 1 мм.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Авт. Свид. СССР № 948939. Композиция для изготовления газогипса [Текст] /
М. Т. Ларионов, Е.А. Филахтова, В.И. Корнев, Е.В. Ендржеевский : Опубл. 1982 ; Бюл. № 29.
2. Панов, В.П. Газогипс и его свойства [Текст] / В.П. Панов / / Строительные материалы. - 1985. - № 5. - С. 18 - 19.
3. Гаркави М. С. Ячеистые бетоны на основ е гипса [Текст] / М.С. Гаркави, М.А. Лапидус, Е.В. Сулимова / / Строительные материалы. -1995. - № 1. - 20 с.
4. Завадский, В. Ф. Технология строительных изделий из ячеистых бетонов [Текст] / В.Ф. Завадский, В.А. Попов, П.П. Дерябин / / Учебное пособие. - Новосибирск, 2004. - 108 с.
