Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цели и задачи исследований 10
1.1. Использование техногенного гипсового сырья для производства гипсовых вяжущих веществ на основе отходов промышленности 10
1.2. Получение высокопрочных прессованных гипсовых материалов и изделий 16
1.3. Теоретические основы процесса структурообразования высокопрочных прессованных гипсовых изделий на основе двуводного гипса из гипсосодержащих отходов 22
1.4.Способы повышения водостойкости гипсовых изделий 30
1.5 Цель работы и задачи исследований 38
2. Характеристика исходных материалов и методы исследований 41
2.1. Характеристики исходных материалов 41
2.1.1. Характеристика гипсосодержащего отхода 41
2.1.2. Добавки 49
2.2. Методы испытаний 51
3. Механизм структурообразования при негидратационном твердении систем на основе двуводного гипса 56
3.1. Теоретические предпосылки структурообразования систем на основе двуводного гипса с прерывистой гранулометрией в условиях полусухого прессования 56
3.2. Влияние дисперсности на растворимость двугидрата сульфата кальция 61
3.3. Влияние растворимости двуводного гипса на прочность его структуры, образующейся при негидратационном твердении 67
3.4. Давление прессования, как фактор, определяющий характер физико-химических процессов структурообразования систем двуводного гипса 71
3.5. Кинетика процесса структурообразования в системах на основе техногенного двуводного гипса 74
3.6. Зависимость кинетики структурообразования системы негидратационного твердения на основе двуводного гипса от состава и условий твердения 81
3.7. Влияние добавки кварцевого песка на физико-механические характеристики прессованного материала на основе двуводного гипса 89
4. Влияние гранулометрического состава на структурообразование и свойства прессованных изделий при негидратационном твердении двуводного гипса 94
4.1. Влияние тонкости помола техногенного двуводного гипса на характеристики пресс-порошка и прочность прессованных образцов 95
4.2. Влияние содержания порошков различной тонкости измельчения в составе смеси на деформативные характеристики пресс-порошка на основе техногенного двуводного гипса 98
4.3. Влияние содержания порошков различной тонкости измельчения двуводного гипса в составе смеси и водотвердого отношения на прочность гипсовых композитов 109
5. Регулирование свойств прессованных гипсовых композитов негидратационного твердения на основе техногенных гипсосодержащих отходов за счет введения добавок 120
5.1. Влияние добавки шлакопортландцемента на физико-механические характеристики композиционного материала на основе двуводного техногенного гипса 120
5.2. Получение композиций на основе двуводного техногенного гипса и опилок поперечной распиловки древесины 129
5.2.1. Безобжиговые прессованные гипсовые композиты 130
5.2.2. Влияние режимов прессования на прочность гипсобетона... 132.
5.2.3. Влияние режимов прессования на среднюю плотность. гипсобетона 135
5.2.4. Влияние добавки алюмоаммонийных квасцов на прочность и плотность получаемого композита на основе двуводного гипса и древесины поперечной распиловки 138
5.2.5. Влияние добавки торфяной золы на физико-механические характеристики получаемого материала 141
6. Разработка способа получения стеновых изделий на основе двуводного техногенного гипса 144
Общие выводы 158
Литература 160
Приложения... 174
- Получение высокопрочных прессованных гипсовых материалов и изделий
- Влияние дисперсности на растворимость двугидрата сульфата кальция
- Влияние содержания порошков различной тонкости измельчения в составе смеси на деформативные характеристики пресс-порошка на основе техногенного двуводного гипса
- Влияние добавки алюмоаммонийных квасцов на прочность и плотность получаемого композита на основе двуводного гипса и древесины поперечной распиловки
Введение к работе
Актуальность работы. Производство эффективных строительных
материалов и изделий, отвечающих современным требованиям по
экологичности, основным физико-механическим характеристикам,
доступности и стоимости, - важная и нерешенная в полном объеме задача строительства и промышленности строительных материалов. Ориентация политики государства на малоэтажное строительство требует привлечения б строительную индустрию таких современных материалов и технологий их производства, которые бы позволили существенно сократить использование материальных и топливно-энергетических ресурсов при максимальном использовании местного сырья и отходов.
В России складывается критическое положение с обеспечением гипсового производства качественным природным сырьем. Не каждый регион имеет месторождения гипсового камня, что вынуждает привозить сырье или готовое вяжущее из других областей, а это связано с большими транспортными затратами. Кроме того, даже в тех районах, где имеются запасы природного гипса, оно не всегда отвечает требованиям по качеству. Месторождения требуют сегодня модернизации, реконструкции, что связано с большими капитальными вложениями. Поэтому вовлечение высококачественных техногенных гипсосодержащих отходов керамической, фаянсовой и других отраслей промышленности в виде отработанных форм для литья в производство строительных материалов и изделий является насущной проблемой сегодняшнего дня.
Использование технологий, исключающих обжиг сырьевых материалов, как наиболее энергозатратных операций при производстве гипсовых изделий,-решило бы не только проблему экономии топливно-энергетических ресурсов,
но и экологическую проблему, связанную с сокращением промышленных С' выбросов углекислого газа в окружающую среду, что соответствует требованиям Киотского протокола.
Наряду с необходимостью увеличения объема выпуска гипсовых материалов и изделий по энергосберегающим малоотходным технологиям из гипсосодержащих отходов промышленности, основной задачей стало повышение качества гипсовой продукции, ее прочности, водостойкости, что значительно расширяет область применения гипсовых материалов в * строительной отрасли и позволит обеспечить широкие слои населения дешевыми, безопасными, качественными и долговечными материалами. Актуальность темы определила цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является развитие теории структурообразования дисперсных систем двуводного техногенного гипса и разработка способа получения безобжиговых композиционных изделий на основе техногенного двуводного гипса.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
Іії 1. Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение
механизма структурообразования дисперсных систем двуводного гипса из гипсосодержащих отходов.
Изучение кинетики твердения прессованных гипсовых композитов на основе двуводного техногенного гипса.
Определение оптимального зернового состава полидисперсной сырьевой смеси безобжиговых гипсовых строительных материалов и возможности улучшения свойств изделий путем введения минеральных добавок.
4. Изучение влияния основных технологических параметров на физико-
j механические свойства безобжиговых гипсовых строительных материалов из
отходов.
5. Разработка способа получения стеновых изделий на основе двуводного
техногенного гипса.
Научная новизна
Предложен и обоснован механизм структурообразования уплотненных' прессованием дисперсных систем двуводного техногенного гипса, базирующийся на зависимости растворимости гипса от размера контактирующих частиц.
Разработана физико-химическая модель образования кристаллизационных контактов за счет использования разной
/Л растворимости вещества в бинарной сырьевой смеси двуводного гипса
нормированного зернового состава.
Определены характеристики гранулометрического состава сырьевой смеси, необходимые для образования кристаллизационной структуры по негидратационной схеме.
Обоснована возможность получения гипсовых композиционных строительных изделий методом полусухого прессования на основе гипсосодержащих отходов керамических производств.
Новизна исследований подтверждена патентами РФ № 2169127, 2182138,
* 2203235, 2243179,2258681.
Практическая значимость. Предложен способ получения изделий на основе гипсосодержащих отходов керамической промышленности по упрощенной схеме в условиях действующих предприятий по производству прессованных строительных изделий.
Предложен способ оптимизации гранулометрического состава порошка двуводного гипса с учетом механизма структурообразования в системах негидратационного твердения.
Подтверждена эффективность введения извести в качестве '$ структурообразующей добавки для повышения прочности и водостойкости получаемых изделий.
Предложен метод получения высокодисперсного гипсового порошка с использованием установки тонкого измельчения минеральных порошков,
разработанной на экспериментально-производственной базе ЗАО (Х$ «Антикорстрой».
Результаты исследований прошли производственную проверку и внедрены на ООО "КСМ", г. Тверь, а также используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 290600 "Производство строительных материалов, изделий и конструкций".
Опытное внедрение безобжиговых композитов на основе
гипсосодержащих отходов керамической промышленности в производство
местных отходов промышленности не только повышает эффективность
получаемых изделий, но и решает экологические проблемы.
Работа выполнялась в рамках научного проекта 34040 «Разработка композиций и технологий стенового строительного материала на основе гипсосодержащих отходов промышленности» ведомственной научной программы «Развитие научного потенциала высшей школы».
Апробация работы
/ч Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на
Г'
Четвертых Академических чтениях РААСН (г. Пенза, 1998 г.), международной
научно-практической конференции «Рациональные энергосберегающие
конструкции, здания и сооружения в строительстве и коммунальном хозяйстве
(г. Белгород, 2002 г.), III международной научно-технической конференции «
Надежность, долговечность и конструкции» (г. Волгоград, 2003), II
Всероссийском семинаре с международным участием «Повышение
эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий»
(г. Уфа, 2004 г.), Восьмых Академических чтениях РААСН (г. Самара, 2004 г.),
а также на ежегодных научно-технических конференциях студентов,
и> аспирантов и профессорско-преподавательского состава II ТУ (г. Тверь, 1998 -
2004 г.).
Основные положения, выносимые на защиту:
механизм негидратационного твердения двуводного техногенного гипса в условиях полусухого прессования;
физико-химическая модель образования кристаллизационных контактов за счет использования разной растворимости вещества в бинарной сырьевой смеси двуводного гипса нормированного зернового состава;
результаты исследований структуры прессованных гипсовых композитов на основе двуводного техногенного гипса;
у - экспериментальные данные о физико-механических свойствах
прессованных гипсовых композитов на основе двуводного техногенного гипса;
- способ получения прессованных стеновых мелкоштучных изделий на
основе гипса-дигидрата и опилок поперечной распиловки. ,
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Содержит 173 страницы основного машинописного текста, включая 46 иллюстраций, 31 таблицу, и 2 приложения. Список использованных источников включает 146 наименований.
Получение высокопрочных прессованных гипсовых материалов и изделий
В получивших в настоящее время промышленное применение технологиях производства гипсобетонных строительных изделий, таких, например, как вибропрокатные панели и гипсоволокнистые плиты, давление используется для придания изделию определенных геометрических размеров (формования, калибровки) и отчасти для уплотнения смеси [18, 131].
Формование изделий методом прессования из пластичных литых смесей с удалением части жидкой фазы предложено П.С. Философовым [89]. Способ получения высокопрочного гипсового камня заключается в прессовании смеси нормальной густоты гипсового вяжущего и воды под давлением 10-15 МПа. За время прессования, в течение 4-4,5 мин., удаляется 65% воды затворения, а л\ влажность изделий составляет 10-12%. В результате формируется макропористая структура с высокой интегральной пористостью системы и плохо развитыми кристаллизационными контактами, что отрицательно сказывается на прочности и водостойкости получаемых изделий [27].
Применение более высокого давления позволяет получать изделия высокой прочности. Известно изготовление гипсовых изделий путем прессования смеси полуводного гипса и воды под давлением 120 МПа [90]. f(p Приготовление формовочной массы и перемешивание ее с водой осуществлялось вибрацией. Прочность гипсового камня, полученного данным способом, составляло 60-80 МПа. Однако предложенный способ достаточно сложен технологически.
С целью упрощения подготовительных операций в японском патенте [32] предложен способ получения высокопрочных гипсовых изделий, включающий приготовление формовочной гипсовой массы и ее прессование под давлением 30 МПа. В процессе приготовления формовочной массы Р-полуводный гипс смешивается в падающем потоке с водяным паром.
Для получения высокопрочного гипсового камня необходимым условием является низкая влажность формовочной массы. Технология полусухого прессования в нашей стране получила развитие в 30-е годы. Способ заключается в прессовании смесей с низким водосодержанием (0,18...0,25). Применение технологии полусухого прессования позволяет снизить энергозатраты на сушку получаемых изделий, повысить производительность за счет уменьшения времени прессования и сокращения количества технологических операций. Кроме того, немаловажным фактором является и экологичность технологии. Использование технологии полусухого (Р прессования, в особенности при использовании в качестве сырья техногенных гиспсосодержащих отходов, позволяет значительно сократить расход воды, решить проблему ее рециркуляции и утилизации образующегося твердого осадка. Ряд исследователей отмечают, что прочность прессованных изделий достигает 45 МПа и зависит от расхода вяжущего на единицу объема, тонкости помола и его качества [33,34,35,36, 37,119,140].
Гипсовые образцы, изготовленные прессованием под давлением 7-21 МПа при величине водогипсового отношения не более 0,20, имели прочность около 105 МПа [38]. Рекомендуется изготовление высокопрочных гипсовых изделий осуществлять методом прессования с последующей гидратацией вяжущего. В работе [39] приведены результаты исследований по получению высокопрочных гипсовых изделий. Предлагается прессовать порошок полуводного гипса под давлением 18,7-127,3 МПа и гидратировать его путем пропитки водой полуфабриката. Изготовленные таким способом изделия имеют прочность 35,7-55,5 МПа, что в 2-3 раза выше прочности образцов, полученных стандартным способом. Эта технология не требует подготовки полусухих смесей и отличается простотой выполнения [40].
Современные технологии предусматривают использование прессования жестких смесей для получения высокой плотности и прочности изделий [6]. Технология прессования жестких гипсовых смесей запатентована в 1972 году в США [88].
Результаты испытаний, приведенные в работе [41], показывают, что даже сравнительно невысокое давление прессования, принятое при изготовлении образцов, повысило плотность и механическую прочность в 2-3 раза по отношению к литым образцам. При давлении же порядка 25-30 МПа можно получить изделия, водостойкость которых почти такая же, как и у природного гипсового камня.
Однако применение технологии прессования полусухих смесей на основе гипсового вяжущего сдерживается недолговечностью получаемых изделий вследствие того, что в образцах, сформованных при содержании воды, недостаточном для быстрого и полного превращения полугидрата в двугидрат, при доступе воды в затвердевшую систему извне создаются предпосылки к образованию новых объемов двугидрата [27]. Последние, не имея пространства для размещения внутри затвердевшей структуры, способствуют возникновению внутренних напряжений, обуславливающих снижение прочности. Однако и при избытке свободной воды затворения сверх необходимого для гидратации вяжущего изделия характеризуются низкими физико-механическими показателями вследствие быстротекущего и рано заканчивающегося процесса гидратации и наблюдающегося при этих условиях процесса перекристаллизации. Применение смесей на основе двугидрата сульфата кальция позволяет существенно уменьшить объем фазовых превращений. Возможность использования прессования для формования изделий на основе измельченного двуводного гипса показана в выполненных исследованиях [8, 12,40,42,43].
Получение высокопрочных материалов непосредственно из сухого порошка дисперсного гипса без оводнения системы и введения структурообразующих добавок основано на использовании комплексного воздействия высокого давления и температуры (термопрессование в статическом режиме в едином технологическом цикле при свободном удалении из смеси кристаллизационной воды, т.е. в таких условиях, когда при заданной температуре внешнее давление значительно превышает давление водяных паров, выделяющихся из кристаллогидратов гипса) [23, 27, 44]. Термопрессованием в статическом режиме в открытом объеме (давление прессования - 80-100 МПа; температура - 160- 170 С) получены образцы с прочностью на сжатие 55-75 МПа. Увеличенное время прессования (45 минут) является недостатком указанного способа.
Влияние дисперсности на растворимость двугидрата сульфата кальция
Для достижения наибольшей прочности структуры негидратационного твердения необходимы оптимальные условия кристаллизации, обеспечивающие возникновение кристалликов достаточной величины при минимальных напряжениях, сопровождающих формирование и развитие кристаллизационной структуры. Следовательно, необходимо создать в твердеющей системе на основе двугидрата сульфата кальция оптимальные уровень пересыщения и скорость кристаллизации.
Оптимальная величина пересыщения достигается подбором соотношения между диаметрами крупных и мелких частиц двуводного техногенного гипса, представленных для исследуемых смесей в таблице 3.1. Введение добавки насыщенного раствора извести, замедляющей процесс кристаллизации, и количество мелкой фракции, имеющей более высокую растворимость, позволяет регулировать суммарную скорость растворения.
Растворимость дисперсных систем двуводного гипса зависит от тонкости помола и от соотношения размеров частиц, содержащихся в системе и их количественного соотношения.
С увеличением дисперсности двуводного гипса концентрация раствора, находящегося в контакте с осадком растет, что подтверждается экспериментальными данными, представленными на рисунке 3.4. С увеличением среднего размера частицы гипса во фракции от 0,14 до 2,5 мм растворимость снижается с 1,01 до 0,19 г/л, что подтверждает возможность создания пересыщения по отношению к более крупным частицам в бинарных системах. Концентрация равновесного раствора для каждой фракции через 1 час не достигает значений растворимости двуводного гипса, указываемых в литературе, и чем больше средний размер частиц во фракции, тем больше отклонение от известных значений, что объясняется различием свойств техногенного и химически чистого гипса. Для всех фракций концентрация раствора зависит от времени растворения, достигая практически равновесного значения в течение 50-60 минут. В первые 10 минут кинетика изменения концентрации раствора максимальна для всех фракций, но зависит от размера частиц, что отражено на рисунке 3.5. С уменьшением среднего размера частиц двуводного техногенного гипса во фракции скорость повышения концентрации увеличивается, что подтверждает возможность образования первичной кристаллизационной структуры в момент прессования. В последующее время, до достижения равновесного значения, кинетика нарастания концентрации для исследуемых фракций отличается незначительно, однако разность концентраций для отдельных фракций сохраняется, что обуславливает длительное протекание процесса кристаллизации. При растворении полидисперсной системы двуводного гипса частицы разных диаметров находятся в одном объеме, и концентрация раствора в этом случае определяется величиной растворимости всех частиц присутствующих в системе. В этом случае растворимость определяется по правилу аддитивности. Однако данное положение экспериментальными данными, представленными на рисунке 3.6., не подтверждается. При смешивании фракций разного диаметра измеренная средняя растворимость двуводного гипса для смесей с разным содержанием отдельных фракций имеет отклонение от расчетных значений, полученных по правилу аддитивности. Величина отклонений зависит от концентрации равновесного раствора для каждой фракции и от их процентного содержания в смеси. Наибольшие отклонения характерны для бинарных смесей, содержащих 50-75 % мелкой фракции двугидрата. При этом значение равновесной концентрации раствора мелкой монофракции ниже значения равновесной концентрации "V« раствора, содержащего 25- 50% крупной фракции. Наибольшее отклонение измеренного значения концентрации раствора от расчетного наблюдаются при соотношении диаметров мелкой и крупной фракции двуводного гипса 1:16. Следовательно, если частицы разного размера находятся в разных объемах, то раствор равновесный по отношения к мелким частицам будет пересыщенным по отношению к более крупным частицам.
Влияние содержания порошков различной тонкости измельчения в составе смеси на деформативные характеристики пресс-порошка на основе техногенного двуводного гипса
Прочность образующихся кристаллизационных структур на основе двуводного техногенного гипса обусловлена формированием кристаллизационных контактов. Возникновение таких контактов возможно, если в системе в течение достаточно длительного времени поддерживается определенная степень пересыщения, определяющая размеры образующихся кристаллов [24]. Однако прочность кристаллизационных структур не определяется только размерами образующихся кристалликов [57, 97, 98], а зависит также и от условий их срастания, так при быстрой кристаллизации из сильно пересыщенных растворов образуется искаженная кристаллическая структура, а образующиеся контакты обладают избытком свободной энергии по сравнению с правильно сформированным кристаллом [56, 95]. Поэтому при анализе процессов кристаллизационного структурообразования важно выявить оптимальные условия формирования контактов срастания.
Также для возникновения кристаллизационных контактов в системе на основе двуводного техногенного гипса согласно предлагаемой схеме необходимо сочетание определенной степени пересыщения в системе двугидрата и механических усилий, удерживающих кристаллы гипса в определенном, фиксированном относительно друг друга положении. Такие усилия могут быть либо следствием давления, приложенного извне, либо -кристаллизационного давления, развиваемого в процессе направленного роста кристаллов в уже сформировавшемся каркасе [40, 43]. Чем более благоприятные условия создаются для роста кристаллов двугидрата сульфата кальция (меньше пересыщение и суммарная скорость реакции при прочих равных условиях), тем больше напряжения, снижающие прочность структуры. И наоборот, чем более благоприятны условия для возникновения новых зародышей кристалликов и контактов "между ними (высокое пересыщение, большая суммарная скорость растворения), тем меньше напряжения, возникающие при переупаковке структуры. Однако сильное измельчение кристалликов, составляющих структуру твердения, также неблагоприятно отражается на качестве искусственного гипсового камня, т.к. по данным исследований А. В. Волженского совместно с А.В. Ферронской [51], обуславливает повышенную способность затвердевших гипсовых систем систем к пластическим деформациям ползучести. В связи с этим необходимо создать оптимальные условия в твердеющей системе, предусматривающие регулирование скорости кристаллизации путем изменения степени пересыщения раствора в местах контактов и снижения напряжений во вновь формирующейся структуре до значений, обеспечивающих уплотнение, а не разрушение последней.
При этом необходимо учесть, что формирование первичных кристаллизационных контактов структуры негидратационного твердения на основе двуводного гипса также определяется не только наличием тонких адсорбционных пленок раствора на поверхности частиц двугидрата, концентрация которого будет определяться размером частиц, участвующих в растворении, но и величиной внешнего механического давления. Эти условия взаимосвязаны. Чем выше степень пересыщения раствора, определяющаяся размерами частиц, тем выше скорость структурообразования. При этом расстояние между частицами, при котором возможно образование кристаллизационной структуры двуводного гипса, может быть больше, что позволяет получать материал при достаточно низких давлениях прессования. Однако такие условия, как было уже сказано ранее, способствуют образованию мелкокристаллической структуры, обладающей повышенной ползучестью. И наоборот, использование низкой степени пересыщения при высоком внешнем давлении позволяет получать крупнокристаллическую структуру.
Поэтому в данных исследованиях высокая прочность получаемого материала должна обеспечиваться за счет формирования прочных первичных кристаллизационных контактов, что в свою очередь требует использования гиперпрессования и низкой степени пересыщения а -1,15 (формула 1.1) в момент кратковременного приложения внешнего давления. и формирования кристаллов двугидрата сульфата кальция оптимального размера при невысоком пересыщении в дальнейшем, после снятия нагрузки. Особенно высокая прочность структуры гипса и соответственно индивидуальных контактов между его частицами связана именно с возможностью перекристаллизации гипса в контактах и значительным упрочнением последних [56]. Поскольку Т сила сцепления частиц, возникающая за счет пластических деформаций обусловленных кристаллизационным давлением (подобно сварке металлов в твердом состоянии при их совместном пластическом деформировании) достигает того же порядка, что и прочность фазовых контактов, т.к. они обусловлены одними и теме же близкодействующими силами, то это должно обеспечивать системе дополнительный резерв прочности.
Таким образом, из рассмотренных данных видно, что процесс структурообразования в случае негидратационного твердения системы на основе двуводного гипса можно условно разделить на две стадии.
На первой стадии, в момент прессования в исследованной системе на основе двуводного техногенного гипса происходит искусственное сближение частиц двугидрата на расстояния, необходимые для образования фазовых контактов за счет близкодействующих сил. В местах контакта в результате флуктуационного изменения плотности пересыщенного раствора в узких зазорах между сближенными крупной и мелкой частицами в соответствии с V принципами минимума энергии, как показано в работе А.Ф. Полака и др. [45, 104], образуются кристаллизационные зародыши-контакты, в данном случае -за счет перекрытия слоев насыщенного раствора двух частиц.
Влияние добавки алюмоаммонийных квасцов на прочность и плотность получаемого композита на основе двуводного гипса и древесины поперечной распиловки
В работах [56, 57, 95, 130] установлено, что прочность дисперсных систем определяется не столько прочностью частиц, образующих материал, сколько наличием и характером, а точнее числом контактов между частицами твердой фазы и средней прочностью отдельного контакта. Число контактов, в свою очередь, зависит от размера частиц и способа их упаковки [23, 95]. Тонкость помола и гранулометрический состав порошка определяют также и строение порового пространства материала. Гранулометрический состав дисперсной системы характеризуется процентным содержанием частиц различной дисперсности в составе смеси и дисперсностью. Однако гипсовые порошки могут состоять не только из отдельных минеральных «первичных» частиц, но и агрегатов, образующихся в процессе помола. Влияние таких агрегатов и собственно частиц на свойства порошков, в том числе и способности к уплотнению далеко не одинаково [103]. Эти различия еще более отчетливо должны проявляться при многофракционности системы, получаемой при смешении порошков с различной удельной поверхностью для получения наиболее плотной упаковки материала после прессования.
Кроме того, на процесс прессования помимо гранулометрического состава влияет форма и внутреннее строение минеральных частиц. Наиболее мелкие частицы, как известно, обладают большой прочностью при изгибе, которая по своей величине значительно может превосходить деформации сжатия, что резко может отражаться на величине упругого расширения.
Физико - химическая механика дисперсных систем рассматривает большое количество видов сцепления между частицами - от весьма слабых дальних коагуляционных контактов, способных обратимо разрушаться и восстанавливаться до прочных фазовых кристаллизационных контактов. Первые определяют усадку и ползучесть, вторые - упругость и прочность.
В рассматриваемой системе негидратационного твердения в процессе структурообразования, как показано в п. 3.1. происходит переход от первого вида сцепления между частицами ко второму. Поэтому на каждой технологической стадии получения изделий определяющим будет один из вышеперечисленных видов сцепления между частицами в системе.
Проведенными исследованиями подтверждено положительное влияние увеличения дисперсности двуводного гипса на физико-механические характеристики получаемого порошка двуводного гипса и прессованных материалов на его основе. В интервале изменения удельной поверхности от Буд. = 870 см /г до 9000 см2/г, как показано на рис. 4.1., происходит снижение средней (насыпной) плотности порошка двугидрата сульфата кальция за счет действия адгезионных сил. Одновременно, с увеличением степени измельчения происходит увеличение прочности получаемого материала за счет образования большего числа контактов на единицу площади, увеличения растворимости и дефектности структуры, что подтверждают экспериментальные данные, приведенные на рис. 4.2., характеризующие влияние удельной поверхности порошка на прочность прессованных образцов. Для различных значений степени измельчения двуводного гипса зависимость прочности от водотвердого отношения носит экстремальный характер. С увеличением тонкости измельчения прочность прессованного материала увеличивается с одновременным увеличением оптимальной влажности пресс-порошка. Определенной удельной поверхности порошка соответствует определенная влажность сырьевой смеси, при которой прочность получаемого прессованного материала достигает максимального значения за счет улучшения прессуемости порошка вследствие пластифицирующего действия воды. Оптимальное (по пластифицирующему действию) количество воды определяется толщиной гидратной оболочки и величиной поверхности порошка. При уплотнении образуется структура, характеризующаяся при малых давлениях наличием коагуляционных и точечных контактов, и при высоком внешнем давлении — фазовых контактов, формирующихся в процессе деформации частиц. Излишняя вода в системе, как несжимаемая фаза, препятствует сближению частиц твердой фазы, снижает плотность прессованного материала и, как следствие, прочность для всех исследованных значений тонкости помола порошка за счет уменьшения числа контактов и повышения пористости образующегося скелета. Сравнительная оценка порошков техногенного двуводного гипса разной тонкости помола в пределах от Sya. = 870 см /г до SyA = 9000 см /г показывает, что чем выше степень измельчения двуводного-гипса, тем более полно используются свойства двугидрата сульфата кальция для достижения максимальной прочности при оптимальном значении влажности сырьевой смеси. Однако излишнее увеличение степени дисперсности, способствующей повышению растворимости двугидрата сульфата кальция, приводит к высокой степени пересыщения, что создает предпосылки для образования мелкокристаллической структуры контактов, и, следовательно, снижает стабильность вновь образующейся структуры. Одновременно создание высокопрочных гипсовых структур на основе техногенного двугидрата сульфата кальция за счет измельчения до высокой удельной поверхности весьма усложняет и удорожает технологию получения изделий. В работах А.Ф. Полака и др. [7, 27, 104, 129, 146], посвященных гипсовым системам на основе полу- и двугидрата сульфата кальция, получение более плотной упаковки кристаллов связано с использованием смесей разных фракций, что позволяет повысить прочность образцов. Однако до последнего времени вопросы, связанные с влиянием гранулометрического состава гипсового порошка на уплотнение при прессовании и прочность получаемого материала оставались малоизученными.
