способ получения изделий из ангидрита

Формула изобретения

1. Способ получения изделий из ангидрита, включающий приготовление смеси ангидрита с активирующей его гидратацию добавкой при совместном измельчении, увлажнение полученной смеси, последующее формование и твердение изделий, отличающийся тем, что измельчение осуществляют совместно с 1-3% пластификатора до размера частиц менее 80 мкм, а после увлажнения смесь дополнительно подвергают гидромеханической активации в течение 3-5 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве добавки, активирующей гидратацию ангидрита, используют портландцемент в количестве не менее 20%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отформованные изделия сушат при 50-70°С в течение 1-3 ч.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что после завершения сушки изделия повторно увлажняют и высушивают.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии использования ангидрита, безводного сульфата кальция, в качестве минерального вяжущего.

Известен способ получения ангидритового вяжущего под названием «эстрих-гипс» и последующего получения из него изделий, в котором в начале обжигом при повышенной, 800-1000°С, температуре и последующим помолом получают вяжущее, которое затем смешивают с водой, а полученное тесто формуют в изделия (Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник под общей ред. А.В.Ферронской, М.: Издательство АСВ, 2004, с.125). Недостатками этого способа следует считать медленное схватывание и твердение изделий.

Известен способ получения строительных изделий из ангидрита, включающий приготовление смеси ангидрита с добавкой, активирующей его гидратацию, при совместном измельчении, увлажнение полученной смеси, последующее формование и твердение изделий (RU 2002717 С1). Недостатком указанного способа является замедленное схватывание и твердение изделий. В наибольшей степени замедление схватывание и твердение ангидрита имеют место при использовании литьевой технологии формования.

Технической задачей, решаемой в заявляемом способе, является ускорение сроков схватывания и твердения ангидритового вяжущего, а также повышение его прочности изделий применительно к литьевой технологии формования изделий.

Указанная задача решается тем, что в способе получения изделий из ангидрита, включающем измельчение ангидрита, перемешивание его с добавкой, активирующей гидратацию, увлажнение смеси, последующее формование и твердение полученных изделий, в смесь ангидрита и добавки вводят 1-3% пластификатора и измельчают ее до размера частиц менее 80 мкм, увлажняют и подвергают гидромеханической активации в течение 3-5 минут, а затем формуют изделия. Для повышения прочности изделий наряду с гидромеханической активацией используют сушку при 50-70°С в течение 1-3 часов, после завершения которой изделия повторно увлажняют и высушивают. В качестве добавки, активирующей гидратацию ангидрита, наряду с традиционными материалами может быть использован портландцемент в количестве не менее 20%.

Опытную проверку заявляемого способа осуществляли с использованием ангидритового вяжущего, полученного путем обжига при 800°С в течение 2-х часов гипсового камня, имеющего следующий химический состав, мас.%: п.п.п 19,3; SiO₂ 3,2; Al₂О₃ 0,9; Fe₂O₃ 0,2; СаО 32,2; MgO 2,4; SO₃ 41,8. Продукт обжига, ангидрит (АГ), активирующую добавку, портланд-цемент (ПЦ), измельчали совместно с пластификатором до полного прохождения смеси через сито 80 мкм. В качестве пластификатора использовали: суперпластификатор С3, лигносульфонат (ЛСТ) и лигнопан 2Б(ЛП2Б). Вяжущее затворяли водой в количестве, необходимом до получения консистенции с растекаемостью по вискозиметру Суттарда 180-190 мм (ГОСТ 125-79) и полученную смесь подвергали гидромеханической активации (ГМА). Активацию смеси осуществляли в цилиндрической емкости диаметром 12 и высотой 20 см, по центру которой установлен вертикальный вал с парой лопастей, поперечных плоскости вращения. Вал вращался электроприводом с частотой 980 об./мин.

Из смеси формовали образцы-таблетки диаметром и высотой 30 мм, твердение которых происходило над водной поверхностью в воздушно-влажных условиях. Часть таблеток непосредственно в формах подвергали сушке в сушильном шкафу при температуре 65°С.

В опытах 2-10 в композицию вводили портландцемент (ПЦ) марки «М400Д20» в количестве 50%. В опытах 8-10 образцы подвергали сушке. В опыте 9 после 2 часов сушки образцы помещали в воду на 20 мин и осуществляли повторную сушку, а в опыте 10 увлажнение повторяли, а затем вновь высушивали.

В таблице приведены результаты проведенных испытаний

№	Состав вяжущего, %	Вяжущие свойства
В/В - отношение	ГМА, мин.	Сроки схватыв., час-мин, нач/оконч.	Rсж, МПа, 1 сут
1	АГ(93)+известь(7)	0,4	-	2-35/21-15	0,38
	АГ(78)+19(ПЦ)+С3(3)	0,35	-	1-20/4-15	3,1
3	АГ(78)+19(ПЦ)+С3(3)	0,33	3	0-55/3-25	4,8
4	АГ(50)+(49ПЦ)+С3(1)	0,25	3	0-35/3-05	7,8
5	АГ(50)+47(ПЦ)+С3(3)	0,22	5	0-30/2-10	8,5
6	АГ(50)+47(ПЦ)+ЛСТ(3)	0,25	5	0-40/2-30	6,1
7	АГ(50)+47(ПЦ)+ЛП.2Б(3)	0,24	5	0-35/2-00	6,5
8	АГ(50)+47(ПЦ)+С3(3)	0,22	5	0-15/0-30*	14,7
9	АГ(50)+47(ПЦ)+С3(3)	0,22	5	0-15/0-30**	16,1
10	АГ(50)+47(ПЦ)+С3(3)	0,22	5	0-15/0-30***	17,0
* - после сушки при температуре 65°С; ** и *** после 1- и 2-кратного увлажнения и 2- и 3-кратого высушивания соответственно.

В примечании указаны пункты формулы изобретения, соответствующие каждому из опытов.

Из материалов таблицы следует, что, в сравнении с прототипом, заявляемый способ обеспечивает существенное ускорение твердения ангидрита, особенно когда его используют в композиции с цементом и с применением гидромеханической активации. Продолжительность сушки должна определяться объемом изделий и не должна быть полной, для того чтобы обеспечить продолжение процессов гидратации, стимулирующих твердение как ангидрита, так и цемента. Использование цемента в качестве активизирующей добавки, по сравнению с добавками традиционного состава, сообщает образцам дополнительную прочность, поэтому вводить его в количестве менее 20% нецелесообразно (опыты 2-3).

Активация ускоряет гидратацию ангидрита и цемента путем механического удаления с поверхности зерен вяжущего оболочек из продуктов гидратации, затрудняющих доступ воды внутрь. Длительность активации 3-5 мин оптимальна по сочетанию технико-экономических показателей.

Из пластификаторов, использованных в опытах, наибольшую эффективность проявил суперпластификатор С3. Оптимальная дозировка пластификатора должна подбираться опытным путем исходя из сбалансированного соотношения «затраты-эффективность применения».

Эффект от повторной сушки существенно ниже чем от первичной сушки, поэтому увеличивать количество циклов сушка-увлажнение свыше двух нецелесообразно.

Наряду с ускорением твердения заявляемый способ обеспечивает заметное ускорение сроков схватывания ангидритового вяжущего и повышает прочность изделий на его основе.

Эффект ускорения схватывания и твердения ангидритового вяжущего по заявляемому способу, вероятно, обеспечивается за счет высокой тонкости помола, дополняемой гидромеханической активацией. Упомянутое сочетание ускоряет растворение ангидрита, его гидратацию и последующее твердение вяжущего. Присутствие в композиции цемента обеспечивает повышение ее прочности в более поздние сроки. Повышение температуры гипсового теста, связанное с сушкой, вероятно, стимулирует внутренний массообмен в гипсовом камне и таким образом ускоряет гидратацию ангидрита, что одновременно сокращает сроки схватывания вяжущего. Частичная сушка образцов приводит к кристаллизации в порах гипсового камня растворенного дигидрата сульфата кальция. В этом случае происходит снижение пористости образцов и, как следствие, повышение их прочности.

Использование заявляемого способа позволит расширить область применения дешевого по сравнению с цементным вяжущим ангидритового вяжущего. Наибольший эффект заявляемый способ должен обеспечить при использовании ангидрита из природных месторождений.

Ориентировочное удешевление изделий из ангидритового вяжущего, которое должно обеспечить использование заявляемого способа, может составить от 10 до 50%.