Получение и свойства высокопрочного гипса

В отличие от метода пластического формования, при изготовлении кирпича способом полусухого прессования, количество влаги в сформованной массе не превышает 8%, что дает возможность пропустить фазу сушки и сразу перейти к обжигу кирпича.

Рассмотрим основные этапы изготовления кирпичей методом полусухого прессования.

Первый этап — приготовление пресс-порошка. Пресс-порошок — это дисперсная, глинистая система с низким содержанием влаги. Такой массе не свойственна связанность, что обуславливает ее сыпучесть — скорость стечения через определенное отверстие под действием собственной массы. Для того, чтобы получить максимально уплотненный порошок при минимальном давлении (прессуемость порошка) , он должен иметь определенный зерновой состав (гранулометрический) и влажность. В результате приготовления порошка масса должна иметь однородную пофракционную влажность и минимальное содержание пылевидной фракции.

Второй этап — это прессование. При прессовании керамический порошок проходит несколько стадий. Сначала происходит уплотнение — сближение частиц вещества друг к другу, при этом часть воздуха удаляется. На второй стадии увеличивается поверхность контакта частиц друг с другом путем пластической деформации. При этом на поверхность такой частицы выдавливается влага. Все это приводит к усилению сцепления между частицами вещества. На третьей стадии в результате уплотнения частицы подвергаются упругой деформации. И последняя стадия прессования происходит при очень высоком давлении и вызывает хрупкое разрушение частиц порошка.

Третий этап — сушка полученного кирпича-сырца. Кирпичи сушат в туннельных сушилках, в которых теплоносителем является горячий воздух с начальной температурой 120-150°C. Продолжительность сушки составляет примерно 16-24 часа. После нее влажность изделия составляет 4-6%.

И, наконец, заключительный этап производства – обжиг. Необходимо отметить, что в сырце при полусухом прессовании коллоидная фракция действует внутри частиц вещества. Поэтому она не цементирует частицы, а агрегирует зерна минералов в глинистую частицу. Как следствие этого, жидкая фаза при обжиге развивается внутри глиняных агрегатов, а на их поверхности образуется малое количество жидкой фазы. Сцепление частиц при этом носит характер контактного спекания.

Изделия, изготовленные методом  полусухого прессования, имеют низкое сопротивление на изгиб, обладают повышенной водопроницаемостью, низкой морозоустойчивостью. При таком производстве кирпича требуется более высокая температура обжига. Надо учитывать большие потери на брак (10-20%) , хотя качество внешнего вида кирпича очень высокое.

6.  Что представляют собой магнезиальные вяжущие вещества, их свойства? В чем основное отличие каустического магнезита от каустического доломита?

Магнезиальные вяжущие вещества —  тонкомолотые порошки, состоящие в  основном из оксида магния MgO, получаемые умеренным обжигом пород, содержащих карбонат магния. Они твердеют при  затворении водными растворами солей магния. Магнезиальные вяжущие — воздушные вяжущие вещества, твердеющие и сохраняющие прочность только в воздушно-сухих условиях. Различают каустический магнезит и каустический доломит.

К магнезиальным вяжущим веществам относят каустический магнезит и каустический доломит. Каустическим магнезитом или доломитом называют продукты, получаемые обжигом соответственно природного магнезита (MgCO3) или доломита (CaCO3-MgCO3) с последующим измельчением их в порошок. В результате обжига магнезита при температуре 800—8509 С углекислый магний разлагается с образованием каустического магнезита по обратимой реакции При обжиге доломита в интервале температур 650—750° С углекислый кальций не разлагается и, не обладая вяжущими свойствами, снижает активность получаемого каустического доломита.

Магнезит обжигают главным образом в шахтных или вращающихся печах, в то время как доломит обжигают обычно только в шахтных печах с выносными топками, хотя для этой цели могут быть использованы печи и других типов. При затворении каустического магнезита и доломита водой процессы гидратации протекают медленно и затвердевший камень имеет небольшую прочность. Однако, если затворить их водными растворами солей хлористого или сернокислого магния и некоторых других солей, можно получить вяжущие вещества относительно высокой прочности. Так, например, марки вяжущего, характеризующие предел прочности при сжатии стандартных образцов состава 1 :3 (каустический магнезит — песок), приготовленных из раствора, жесткой консистенции и испытанных на 28-й день, могут быть: 400, 500 и 600, образцы на каустическом доломите имеют марки 100, 150, 200, 300.

Магнезиальные вяжущие вещества обладают отличительной особенностью хорошо сцепляться с органическими материалами— древесными стружками, опилками, древесной шерстью и в то же время предохранять их от загнивания. Находясь продолжительное время под действием влажного воздуха, эти вяжущие вещества в значительной степени теряют свою активность.

Каустический магнезит используют для производства ксилолита и магнезиального фибролита. Ксилолит—материал для бесшовного пола, в котором древесные опилки сцементированы в монолит каустическим магнезитом. Фибролит — конструктивный и теплоизоляционный материал в виде плит, где в качестве заполнителя используется древесная стружка или древесная шерсть, сцементированные каустическим магнезитом. Каустический магнезит, кроме того, применяют для изготовления пеномагнезита и других теплоизоляционных материалов, при производстве изделий для внутренней облицовки (искусственный мрамор, облицовочные плитки и др.), а также магнезиальных штукатурных растворов.

Каустический доломит — более дешевый материал, из него получают изделия несколько меньшей прочности, чем каустический магнезит; используется как заменитель (в некоторых случаях) каустического магнезита. Магнезиальные вяжущие вещества целесообразно применять лишь для изделий, эксплуатирующихся в сухих помещениях и конструкциях, не соприкасающихся с влагой.

7.  Что такое глиноземистый цемент? Каков его химический состав и какие основные химические реакции протекают при твердении цементного теста?

глиноземистый цемент представляет собой быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество. Его получают путем тонкого помола клинкера, полученного обжигом сырьевой смеси из бокситов и известняков, до плавления (при t=1400°C) или спекания (при t—1300С). Обжиг производится во вращающихся доменных печах, в электрических дуговых печах, вагранках. В настоящее время обжиг проводится чаще всего до плавления в доменных или электродуговых печах. При этом не требуется тонкого измельчения сырьевых компонентов и создаются условия для удаления железа и кремнезема. Вместо бокситов для производства глиноземистого цемента в нашей стране используются также бокситовые железные руды с добавками известняка и железного лома. Шлаки доменного производства являются клинкером, причем стоимость глиноземистого цемента значительно понижается.

Химический состав. В отличие  от портландцемента, химический состав которого представлен в основном известью и кремнеземом, глиноземистый цемент, кроме оксидов кальция и алюминия, содержит в небольших количествах также оксиды железа, титана, магния и др. Содержание оксидов в глиноземистом цементе характеризуется большими колебаниями, чем в портландцементе, и определяется способом производства клинкера (шлака), а также качеством применяемого сырья. За рубежом путем спекания или плавления в электродуговых печах выпускаются цементы, содержащие Fe203 до 16 мас.

Глиноземистый цемент предназначается  для получения быстротвердеющих и жаростойких бетонов и строительных растворов, его целесообразно применять при аварийно-ремонтных работах, а также зимнем бетонировании.

Основные свойства:

-быстрое нарастание прочности  в раннем возрасте; 
-при твердении бетона на глиноземистом цементе выделяется большое количество тепла, что позволяет использовать эти бетоны при отрицательных температурах до - 10 градусов без подогрева; 
-глиноземистый цемент имеет повышенную плотность цементного камня, что определяет большую устойчивость бетона против всех видов агрессивных жидкостей и газов по сравнению с бетоном на портландцементе; 
глиноземистый цемент по сравнению с портландцементом является более огнестойким и термически устойчивым материалом. В смеси с огнеупорными заполнителями: шамотом, хромитовой рудой, магнезитом и др. глиноземистый цемент может быть использован для получения гидравли-чески твердеющих огнеупорных растворов и бетонов. 
Процесс твердения глиноземистого цемента и прочность образующегося цементного камня существенно зависят от температуры твердения. При нормальной температуре (до + 25° С) основной минерал цемента - СА взаимодействует с водой с образованием кристаллического гидроалюмината кальция и гидроксида алюминия в виде гелевидной массы:

Твердение глиноземистого цемента — результат взаимодействия составляющих его минералов, в первую очередь основного компонента — однокальциевого алюмината СА, с водой с образованием гидратных соединений. Одиокальциевый алюминат при ограниченном количестве воды в смеси и при температуре не выше 20—22 °С реагирует по схеме СаО-А12ОзН-10Н2О = СаО-А12О3' •10Н2О.

При 22—30 °С в присутствии  воды САНю постепенно переходит в  двухкальциевый гидроалюминат 2СаО-А120з-8И20, выделяющийся в виде пластинчатых кристаллов гексагональной системы. Одновременно образуется гидроксид алюминия в виде гелевидной массы. При температурах выше 30°С САНю и С2АН8   переходят   в трехкальциевый гидроалюминат ЗСаО-А12Оз-6Н20 с выделением гидрата глинозема (гиббсита) и воды. Преобразование САНю и С2АН8 в С3АН6 в большей мере зависит не только от температуры, но и от показателя рН среды: чем они выше, тем интенсивнее протекают реакции перехода гексагональных низкоосновных гидроалюминатов кальция в стабильный кубический СзАНе. И если превращение САНю или С2АН8 в С3АНб при обычной температуре (15—20 °С) может продолжаться десятилетия, то при 50—60 °С оно завершается в течение, суток и даже нескольких часов. Алюминат кальция С12А7, обычно присутствующий в глиноземистых цементах в небольшом количестве, при реакции с водой в зависимости от температуры образует те же гидраты, что и СаО-А12Оз (САНю, С2АН8 и С3АНр вместе с гиббситом).

Алюминат кальция СА2, а также алюмоферриты и ферриты  кальция, (3-C2S, входящие в состав этого  цемента, взаимодействуя с водой, дают соответствующие гидраты. Образование гидроалюминатов кальция и твердение глиноземистого цемента протекают настолько интенсивно, что обычно уже через 24 ч от момента смешения вяжущего с водой достигается приблизительно 75—90 % конечной прочности, рост которой через 3 сут практически завершается. Следует подчеркнуть и такое своеобразие твердения рассматриваемого цемента, как резко отрицательное влияние на прочность температур выше 25—30 °С. В этих условиях наблюдается переход гексагонального 2СаО-А1203-8Н20 в кубический ЗСаО-А1203-'6Н20, что сопровождается появлением напряжений в твердеющей системе и значительным уменьшением прочности цементного камня. Это обстоятельство следует учитывать при применении глиноземистого. цемента еще и по той причине, что твердение его сопровождается интенсивным выделением теплоты, достигающим через сутки 70—80 % полной экзотермии.