книги из ГПНТБ / Волженский А.В. Гипсовые вяжущие и изделия (технология, свойства, применение)

СТРОЙИЗДАГ

1974

Г л а в а I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИПСОВЫХ

ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВАХ

1. 1. СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА г и п с о в ы х ВЯЖУЩИХ

В качестве сырья для производства гипсовых вяжу­ щих используют: природный двуводный гипс, ангидрит, гипсосодержащие породы, а также отходы химических производств.

П р и р о д н ы й д в у в о д н ы й г и п с — горная по­ рода осадочного происхождения, сложенная в основном из кристаллов двуводного сернокислого кальция CaS04-2H20. Теоретический состав гипса в °/о по массе:

СаО 32,56, S 0 3 46,51 и Н20 20,93.

По своей кристаллической структуре гипс может быть представлен следующими основными разновидностями: мелкозернистый плотный гипс с сахаровидным изломом или крупнозернистый с беспорядочно ориентированными в пространстве кристаллами (алебастр); волокнистая порода, сложенная из правильно расположенных Ните­ видных кристаллов с шелковистым отливом (селенит), и пластинчатый гипс, залегающий в виде плоских про­ зрачных кристаллов слоистой структуры (гипсовый шпат).

. Двуводный гипс относится к моноклинной сингонии. Его кристаллическая решетка состоит из слоев, включа­

ющих ионы Са2+ и сульфатные тетраэдры SO4- , раз-

5

6

лениой соляной и азотной кислотах, а также в раство­ рах некоторых солей выше, чем в воде.

Теплопроводность гипса низкая и составляет при 16— 46° С 0,259 ккал/м- град-ч.

Для производства гипсовых вяжущих веществ содер­ жание CaS04-2H20 в камне (ГОСТ 4013—61) должно быть не менее 90% для первого, 75% Для второго и 65% для третьего сорта.

По запасам природного двуводного гипса СССР за­ нимает одно из первых мест в мире. Огромные место­ рождения его находятся в центре европейской части

СССР (Тульская и Горьковская области), на севере (Архангельская область), в районах Средней и Нижней Волги, на Северном Кавказе (Краснодарский край), на Урале (Башкирская АССР, Пермская и Оренбургская области), в Восточной Сибири (Иркутская область, Красноярский край), на Украине (Донецкая, Хмельниц­ кая и Львовская области), в Узбекской и Туркменской ССР и др.

А н г и д р и т — горная порода осадочного происхож­ дения, состоящая преимущественно из безводного серно­ кислого кальция CaS04. Этот минерал по химическому составу, залеганию и образованию родствен гипсу. Зале­ жи ангидрита обычно подстилают слои двуводного гипса. Ангидрит часто под действием грунтовых вод переходит в двуводный гипс, в результате чего в природном ангид­ рите содержится до 5—10% и более двуводного гипса. Химически чистый ангидрит содержит в % по массе: СаО 41,2; S 0 3 58,8. Кристаллическая решетка ангидрита со­ стоит из элементарных ячеек, содержащих по четыре молекулы каждая, обладает плотной упаковкой и явля­ ется наиболее устойчивой по сравнению с кристалли­ ческими решетками других видов сульфатов кальция.

Ангидрит в отличие от двуводного гипса обладает совершенной спайностью по трем взаимно перпендику­ лярным направлениям. Кристаллы ангидрита — преиму­ щественно мелкие, ограничивающие их плоскости — шероховаты и исчерчены штрихами. Показатели прелом­

он, так же как и гипс, может иметь различные оттенки. Ангидрит по сравнению с двуводным гипсом является более плотной и прочной породой. Его плотность дости­ гает 2,9—3,1 г/см3.

7

В природе ангидрит встречается значительно реже, чем двуводный гипс. В СССР его большие месторожде­ ния имеются в Башкирии, в Среднеазиатских республи­ ках и на Украине.

Г и п с о с о д е р ж а щ и е п о р о д ы — породы, содер­ жащие наряду с пипсом различные примеси, чаще всего в виде глинистых веществ и карбонатов (глиногипс, гажа, арзык и др.). По своей структуре эти породы представ­ ляют собой тонкодисперсную механическую смесь или рыхлые слабосцементированные образования серого, жел­ товатого или бурого цвета. Формы залеганий гипсосодер­ жащих пород разнообразны и носят характер пластов, прожилок, линз, гнезд и отдельных вкраплений.

Химико-минералогический состав их весьма неодно­ роден и часто изменяется даже в пределах одного место­ рождения. Так, содержание двуводного сернокислого кальция в них может меняться от 30 до 60%. По своим свойствам вяжущие вещества из гипсосодержащих по­ род значительно уступают материалам, приготовленным из относительно чистого двуводного гипса. Поэтому их применяют для получения гипсовых вяжущих только вблизи добычи, если нет другого более качественного сырья. Месторождения этих пород встречаются на Кав­

являться дополнительным источником сырья для произ­ водства гипсовых вяжущих. Практическое значение име­ ют гипсовые отходы, получаемые при производстве фос­ форной кислоты и фосфорных удобрений (фосфогипс), борной кислоты (борогипс) и др. Выход этих отходов в настоящее время составляет до 10 млн. т ежегодно. Так же как и природные гипсовые породы, они состоят в основном из двуводного сернокислого кальция или его смеси с ангидритом и могут быть в последующем пере­ работаны или в вяжущее типа строительного гипса, или в высокообжиговое вяжущее типа ангидрита или эстрихгипса.

При производстве суперфосфата отходы могут быть представлены также в виде полугидрата.

8

1.2. МОДИФИКАЦИИ ВОДНОГО И БЕЗВОДНОГО СУЛЬФАТА КАЛЬЦИЯ

Гипсовые вяжущие вещества обычно получают путем тепловой обработки двугидрата при различных темпе­ ратурах. В зависимости от температуры и условий нагре­ ва получают различные модификации водного и безвод­ ного сульфата кальция, отличающиеся друг от друга плотностью, формой и размерами кристаллов, теплотой гидратации, теплоемкостью, оптическими свойствами и др.

Исследованию модификаций сульфата кальция, усло­ вий их стабильного существования, взаимных переходов посвящено очень много работ (Ле Шателье, Вант Гофф, А. А. Байков, Д. С. Белянкин, П. П. Будников, Келли, Суттард и Андерсон, Флерке и др.). Однако до сих пор еще не достигнуто единство мнений относительно коли­ чества водных и безводных его модификаций, их струк­ туры и физико-химических свойств.

Д. С. Белянкин и Л. Г. Берг [8] на основании своих исследований, а также данных Келли, Суттарда и Ан­ дерсона [62] пришли к выводу о существовании следую­ щих модификаций сульфата кальция:

1)двуводный сульфат кальция (гипс) CaS04-2H20 ;

2)а-полуводный сульфат кальция (а-полугидрат) a-CaS04- V2H2O;

8) нерастворимый ангидрит (обычно называемый ан­ гидритом) CaS04.

При обезвоживании (дегидратации) гипс сначала превращается в полугидрат, который при дальнейшем нагревании переходит в безводные модификации — ан­ гидриты. Образование а- и p-модификаций зависит от условий тепловой обработки.

Схема образования отдельных модификаций пред­ ставлена ниже.

Физико-химические характеристики водных и безвод­ ных модификаций сернокислого кальция приведены в табл. 1.1.

9

кая, сходная с систем ой полугид ратов