книги / Скоростная сушка гипсовых и гипсобетонных изделий

П Р Е Д И С Л О В И Е

Широкий размах жилищного и промышленного строитель­ ства в СССР требует огромных количеств различных строи­ тельных материалов, в том числе и гипсовых.

Большое народнохозяйственное значение имеет дальнейшее повышение качества и снижение стоимости строительства, во многом зависящие от качества и стоимости изделий и деталей, поставляемых промышленностью строительных материалов. Оба эти фактора — качество и стоимость изделий — находятся в прямой связи с техническим уровнем предприятий, с тем, на­ сколько прогрессивны принятая на них технология производства и организация труда, в какой мере используется мощность установленного оборудования.

Искусственная сушка материалов является одним из основ­ ных процессов во многих отраслях современной техники. На нее расходуется около 12% всего добываемого в стране топлива.

Вгипсовой промышленности сушка завершает цикл изго­ товления изделий и во многом определяет их качество.

Вряде случаев недостаточная производительность сушиль­ ных установок не дает возможности полностью использовать мощность формовочных агрегатов и лимитирует выпуск про­ дукции, а нерациональное ведение сушильного процесса вызы­ вает повышенный расход тепла и топлива на испарение влаги

из изделий.

Чтобы ясней представить себе значение сушки в гипсовой промышленности, достаточно отметить, что на ее долю прихо­ дится до 25% всей потребляемой предприятиями энергии.

Характерной особенностью развития сушильной техники яв­ ляется стремление к максимальной интенсификации процесса сушки. При этом приходится одновременно решать вопросы те­ плотехнического, технологического и конструкторского по­ рядка.

Различные материалы, в зависимости от своих физико-хими­ ческих свойств и особенностей, по-разному относятся к процес­ су сушки. По своей природе гипс термонеустойчив, легко и при сравнительно низких температурах дегидратируется. Законо-

з

верности влагоотдачи свежеотформованного гипса, влияние от­ дельных факторов сушки на этот процесс и конечные свойства! изделий до последнего времени не были достаточно изучены.

Это, естественно, отразилось на принятых заводами режи­ мах сушки и работе сушил. Сушильные установки в цехах гип-' совых строительных материалов, как правило, громоздки и не-; достаточно эффективны. Все это требовало постановки специ­

Эти работы были выполнены совместно институтами техни­ ческой теплофизики (бывш. Институт теплоэнергетики) АН, УССР и Гипростройматериалы Государственного комитета по1 промышленности строительных материалов при Госстрое СССР.

Целью брошюры является освещение результатов этих ис­ следований и проектных работ, а также опыта освоения скоро­ стного метода сушки листовых и толстостенных изделии на пе­ редовых гипсовых предприятиях (Киевском заводе гипсовых плит и досок, Новомосковском гипсовом комбинате и Ленин­ градском заводе гипсовых и мраморных изделий).

Остальные вопросы производства гипсовых и гипсобетонных изделий, как, например, приготовление растворов и бетонов, формование и др., рассмотрены лишь постольку, поскольку они связаны с процессом сушки, и в такой мере, какая необходима для понимания причин и следствий этой взаимосвязи.

Заинтересованный читатель почерпнет остальные сведения из источников, специально посвященных производству гипсо­ вых изделий.

Авторы выражают глубокую признательность д-ру техн. наук яроф. О. А. Кремневу, канд. техн. наук В. Р. Боровскому, а так­ же организациям и лицам, содействовавшим разработке про­ блемы и практическому ее внедрению в промышленность.

Г л а в а I. ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА ГИПСОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

§ 1. Общая схема производства гипсовых изделий

Несмотря иа большое разнообразие изделий, выпускаемых из гипса, на различие применяемого оборудования, методовприготовления формовочной массы и самих процессов формевания, а также материалов, используемых в качестве инертных заполнителей и для армирования изделий, производство любо­ го из них основано на способности гипсовых вяжущих матери­ алов давать с водой пластичное, затвердевающее на' воздухе тесто.

Основными операциями, из которых складывается техноло­ гический процесс производства гипсовых изделий, являются:

а) дозирование в необходимых соотношениях всех компо­ нентов формовочной массы (вяжущего, заполнителей, воды и веществ, регулирующих сроки схватывания гипса);

б) приготовление формовочных растворов или бетонов; в) формование изделий; г) высушивание изделий до воздушно-сухого состояния-

§ 2. Гипсовые растворы и бетоны

Гипсовыми растворами называются однородные смеси по-, рошкообразных гипсовых вяжущих веществ с водой, гнпсобето-- нами — такие же смеси, но с инертными заполнителями органвм ческого или минерального происхождения.

Гипсовые растворы и бетоны должны обладать необходимы­ ми формовочными свойствами — подвижностью и пластично­ стью.

После схватывания и отвердевания отливки из гипсовых растворов (гипсолитовые изделия) имеют однородную структу­ ру, образованную кристаллами двуводного гипса. В отвердев­ шем, правильно приготовленном гипсобетоне равномерно рас­ пределены по всему сечению инертные заполнители, прочно сце­ ментированные схватившимся гипсовым раствором.

катных перегородочных гипсобетонных панелях арматурой яв­ ляется каркас из деревянных реек, закладываемый в форму или прокатный стан перед тем, как туда поступает формовочная масса. В качестве арматуры могут применяться также метал­ лические стержни, проволока или сетка.

В приведенных примерах армирующие материалы (картон, деревянная рейка и др.) имеют резко очерченные плоскости со­ прикосновения с гипсом и могут быть сравнительно легко от­ делены от него. Кроме такого способа армирования существует и другой, отличающийся тем, что армирующие материалы в ви­ де тонкого, чаще всего органического волокна равномерно распределяются в самой формовочной массе и после схватыва­ ния неотделимы от гипса.

Тонкое волокно (бумажная измельченная макулатура и т. п.) обладает большой прочностью на изгиб и разрыв и по­ вышает прочностные свойства армированных им изделий.

Затвсрение формовочной массы. Гидратация гипса. По сво­ ему направлению реакция гидратации полуводного гипса про­ тивоположна процессу получения вяжущего из гипсового камня и может быть представлена уравнением

CaS04-V8H20 + 1V2M20 = CaS04-2H20.

При гидратации растворимых форм ангидрита процесс про­ текает в две фазы:

CaSO^pucTu)-}-'/gbLO—CaS04 • V2Н20;

CaS04 • V2H20 + 1 V2H20=CaS04 • 2HaO.

Гидратация гипса экзотермична. Тепловой эффект реакций зависит от модификационной формы или соотношения отдель­ ных модификаций в смеси, каковой в большинстве случаев яв­ ляется всякий технический гипс.

Образование двуводного гипса происходит в водной среде. Поэтому необходимо, чтобы СаЭО^/гНгО сначала растворился в воде. Процесс растворения CaS04 • V2H2O протекает одновре­ менно с его гидратацией и образованием водного раствора CaS04 • 2Н20.

Так как двуводный гипс обладает очень малой растворимо­ стью в воде, то его концентрация в образовавшемся растворе быстро достигает состояния пересыщения, и избыток вещества выпадает из раствора в виде кристаллов. Однако концентрация CaS0 4*2H20 поддерживается в растворе на уровне пересыще­ ния за счет вновь образующегося двугидрата (вместо выпав­ шего из раствора) до тех пор, пока не закончится растворение и гидратация всего полуводного гипса в вяжущем.

Основной операцией приготовления гипсовой формовочной массы является приведение всех частиц порошкообразного гип­ са в тесное соприкосновение с водой, с целью придания массе необходимой рабочей консистенции (густоты) и обеспечения

условий для наиболее полной реакции гидратации. Этот про­ цесс называется з а т в о р е н и е м массы.

Каждому способу формования изделий соответствует опре­ деленная густота, или консистенция гипсовой массы*. В соот­ ветствии с этим и количество воды затворения может изме­ няться в широких пределах. Однако во всех без исключения случаях вода берется с избытком против количества, необхо­ димого для реакций с гипсом.

В практике мы зачастую сталкиваемся с жидкими или пла­ стичными веществами, обладающими различной подвижно­ стью и вязкостью (консистенцией). Говоря о консистенции как о свойстве веществ, мы в большинстве случаев подразумеваем более или менее длительное и устойчивое состояние вязкости

иподвижности.

Вотношении гипсовой массы или раствора такое понимание неприменимо. Под консистенцией гипсовой массы имеется в ви­ ду кратковременное, исчисляемое минутами состояние гипсово­ го теста в начальный момент его приготовления.

Затворенная водой гипсовая масса не только не обладает устойчивостью своих физических свойств, но наоборот претер­ певает ряд изменений, связанных с увеличением вязкости и на­ растанием плотности вплоть до момента полного отвердевания.

Несмотря на то что эти изменения протекают непрерывно, условно принято разделять весь процесс на следующие три пе­

риода:

1) период текучести, соответствующий состоянию подвижно­ сти и текучести массы;

2) начало схватывания, когда масса утрачивает свою под­ вижность, оставаясь еще достаточно пластичной, т. е. способной деформироваться (образовывать вмятины, изменять форму) под влиянием внешних воздействий;

3) конец схватывания, т. е. момент, соответствующий полно­ му отвердеванию массы и переходу ее в камнеподобное, точнее хрупкое состояние.

Однако такое деление на периоды не лишено известных не­ достатков. Во-первых, оно касается лишь физического состояния гипсовой массы и не объясняет химической сущности происхо­ дящих явлений, во-вторых, существуют такие способы формова­ ния изделий, как, например, прессование, когда вода затворения вводится путем орошения гипса в количестве от 23 до 26% веса последнего, причем полученная формовочная масса кажется на эщупь сухим порошком, т. е. не обладает привычной для нас гекучестью гипсовых растворов.

Для того чтобы деление на периоды сохраняло свое значение зне зависимости от способов производства гипсовых изделий, :ледует дополнить их следующими отличительными признаками:

* Термином «консистенция» обычно обозначаю т сум м у сил внутреннего :цепления рассматриваем ой системы . (Р е д .)

1) первый период — отсутствие или незначительное проявле­ ние химических реакций между водой и гипсом;

2)второй период — интенсивная гидратация и кристаллооб-. разование;

3)третий период — процесс кристаллообразования в основ­ ном закончен.

Следует отметить, что видимое отвердение массы не являет­ ся еще признаком конца гидратации. На это указывает продол­ жающееся еще некоторое время повышение температуры гипсо­ вых изделий и отливок вследствие экзотермического характера реакции.

Величина водогипсового отношения (фактора) * оказывает исключительное влияние на свойства гипсовых отливок. Избыток воды затворения, сверх необходимой для гидратации**, расхо­ дуется ка смачивание поверхности частиц вяжущего, заполнение пространств между ними, приводит к уменьшению сил трения ча­ стиц друг о друга, т. е. сообщает им такие свойства, как пластич­ ность, текучесть и подвижность. Чем тоньше измельчен матери­ ал, тем больше воды расходуется на смачивание поверхности его частиц.

Что касается количества воды, идущей на заполнение про­ странства между отдельными частицами или зернами гипса, то оно зависит от тонкости помола, формы частиц, соотношения частиц различных размеров в массе и плотности их укладки.

Для получения однородной массы или раствора процесс за­ творения обычно сопровождается тщательным перемешиванием или гомогенизацией массы. Перемешивание устраняет возмож­ ность образования комков, облегчает проникновение воды к ча­ стицам гипса и тем самым обеспечивает полноту их химическо­ го взаимодействия друг с другом.

Однородность формовочной массы придает всем частям из­ делия одинаковые свойства, уменьшает опасность короблений при сушке и проявления других видов деформаций и дефектов.

Всякое механическое воздействие на гипсовую массу, в том числе перемешивание и последующая обработка (формовка), до­ пустимы только в первый период затворения (период текуче­ сти), когда реакции гидратации гипса еще не начались или же проявляются в незначительной степени. Перемешивание массы после начала схватывания уже недопустимо, так как приводит к нарушению связей между образующимися кристаллами двувод­ ного гипса и вызывает резкое снижение прочности отформован­ ного изделия.

*Водогипсовым отношением называется отношение веса воды затворения

квесу гипса, выраженное в долях единицы или в %.

** соответствии со стехометрическимн соотношениями химических уравнений процесса гидратации на него, вне зависимости от способа произ­ водства изделий, теоретически расходуется воды 18,1% от веса сухого поро­ шкообразного полуводного гипса.

Вода затворения сверх количеств, участвующих в реакци­ ях гидратации гипса, остается в теле свежеотформованного из­ делия в виде гигроскопической, т. е. химически не связанной влаги, заполняя свободные пространства между образующими­ ся при схватывании кристаллами двуводного гипса. Испарение воды при последующей сушке служит причиной пористости из­ делий. Чем больше избыток воды при затворении гипса, тем больше пористость готового изделия и ниже его механическая прочность.

Сказанное в равной мере справедливо как по отношению к изделиям из чисто гипсового раствора, так и к изделиям, изго­ товленным из гипсобетона.

§3. Методы и способы формования гипсовых

игипсобетонных изделий

Способы производства гипсовых и гипсобетонных изделий в зависимости от густоты применяемых для формования масс и растворов могут быть разделены на следующие группы.

Формование методом литья. Этот метод применяется глав­ ным образом при изготовлении изделий чисто гипсовых или из гипса с небольшим количеством измельченных добавок, чаще всего древесных опилок. Метод литья характеризуется водогип* совым. отношением порядка 55—75% и выше. Он используется в производстве тонколистовых материалов типа гипсовой сухой штукатурки, при изготовлении перегородочных плит и блоков на карусельной формовочной машине, при изготовлении форм и моделей для керамической промышленности, а также худо­

заполнение форм и распределение массы требует искусственно­ го побуждения. Таким побудителем является вибрация. Мето­ дом вибрации изготовляют строительные детали из гипсобетон­ ных масс с большим содержанием органических или минераль­ ных наполнителей.

Иногда вибрация применяется в сочетании с другими спосо­ бами уплотнения масс, например прокатом. Таким методом изготовляются крупноразмерные гипсобетонные перегородочные панели.

Преимуществом формования из жестких масс является вы­ сокая плотность и прочность изделий, а также значительное снижение расхода гипсовых вяжущих за счет введения напол­ нителей.

Формование изделий методом прессования. Наивысшей прочности изделий можно достигнуть формованием при водо­ гипсовом отношении, приближающемся к теоретически необхо­