ПРОДУКТ НА ОСНОВЕ СУЛЬФАТА КАЛЬЦИЯ И СПОСОБЫ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
PRODUCT BASED ON CALCIUM SULPHATE AND METHOD FOR PREPARATION THEREOF

Настоящее изобретение относится к продуктам на основе сульфата кальция, в частности к продуктам на основе сульфата кальция с повышенной огнестойкостью и к способам их изготовления.
Предварительно изготовленные компоненты из сульфата кальция хорошо известны в строительстве. Такие продукты могут включать гипсокартонные листы, панели перегородок, потолочные плитки и армированный волокном картон.
Во многих случаях применения этих продуктов, например облицовке лифтовых шахт или помещений, включающих ценные данные, существует необходимость в продуктах на основе сульфата кальция, соответствующих или превышающих нормативные критерии огнестойкости. В любом случае, как правило, желательно улучшить огнестойкость строительных элементов.
Известно использование алюминия и/или силикатных добавок для улучшения огнестойкости продукта на основе сульфата кальция, как описано, например в US 4647486, US 3376147, US 7776170, US 4664707, WO 9946215 и US 4564544.
Процесс изготовления продуктов на основе сульфата кальция, таких как гипсокартон, обычно включает стадии наработки частиц кальцинированного гипса, перемешивания их с водой и, возможно, другими добавками, и выдерживания смеси для схватывания так, чтобы она принимала нужную форму для продукта. Кальцинированный гипс (также известный как стукко) включает соединения сульфата кальция с низким содержанием связанной воды (по сравнению с дигидратом сульфата кальция). Эти соединения сульфата кальция могут включать, например, полугидрат сульфата кальция и ангидрит сульфата кальция.
Формы полугидрата сульфата кальция подразделяются на две основные формы: альфа-полугидрат и бета-полугидрат. Бета-полугидрат (β гипс), как правило, образуется при нагревании гипса в атмосферных условиях для удаления всей влаги и химически связанной воды для формирования высушенных кристаллов, которые затем могут быть размолоты в мелкий порошок. Альфа-полугидрат (α гипс) обычно образуется при нагревании гипса под давлением для удаления связанной с ним воды.
Стадия выдерживания смеси для схватывания, обычно, включает выдерживание кальцинированных частиц для гидратации, так чтобы они образовали гипс (дигидрат сульфата кальция).
В наиболее общем виде настоящее изобретение может давать продукты на основе сульфата кальция, включающие фосфатные добавки, и способы их получения.
В первом аспекте настоящее изобретение может предложить способ изготовления продукта на основе сульфата кальция, обладающего повышенной огнестойкостью, включающий следующие стадии:
- получения суспензии стукко, включающей смесь стукко, воды и одной или несколько фосфатных добавок; и
- гидратации стукко в смеси и схватывания.
Стукко может включать полугидрат сульфата кальция и другие соединения сульфата кальция с более низким содержанием воды, чем в дигидрате сульфата кальция (например, ангидрит сульфата кальция). Например, суспензия стукко может включать α гипс и/или β гипс.
Обычно суспензию стукко отверждают в форме листа, например, для облицовки стен.
Фосфатная добавка может быть смешана со стукко до или после добавления воды.
Фосфатная добавка может быть солью или кислотой и может быть ортофосфатом или полифосфатом. Предпочтительно фосфатная добавка является двухвалентным или трехвалентным фосфатным соединением, то есть соединение содержит две или три группы фосфорной кислоты (в случае кислоты) или две или три группы фосфата (в случае соли).
Однако в некоторых осуществлениях фосфатная добавка может быть кислотой, содержащей менее двух групп фосфорной кислоты или ее солью, содержащей менее двух групп фосфата. То есть фосфатная добавка может быть кислотой, содержащей одну группу фосфорной кислоты, или солью, включающей одну группу фосфата.
В случае, когда фосфатная добавка представляет собой соль, содержащую две или более фосфатных групп, предпочтительно фосфатная добавка является по существу не растворимой в воде.
Обычно фосфатная добавка является одной из следующих добавок: фосфат натрия, фосфат калия, фосфат лития, фосфат кальция (например, пирофосфат кальция, монетит или брушит (дигидрат фосфата кальция)), фосфат магния, тригидрат двухосновного фосфата магния, гидрат фосфата магния, фосфат цинка, фосфат алюминия, фосфат диаммония водорода, дигидрофосфат аммония, фосфат аммония магния, фосфат аммония алюминия, полифосфат аммония, фосфат калия алюминия, фосфат натрия алюминия, метафосфат алюминия, гидроксид фосфат меди или фосфат бора. Предпочтительно фосфатная добавка включает алюминий, например, это может быть фосфат алюминия, фосфат калия алюминия, метафосфат алюминия или фосфат натрия алюминия. Другие предпочтительные фосфатные добавки включают фосфат диаммония водорода, полифосфат аммония и фосфат аммония диводорода. Наиболее предпочтительно фосфатная добавка является фосфатом алюминия, фосфатом диаммония водорода, фосфатом аммония алюминия, полифосфатом аммония или фосфатом аммония диводорода.
Однако в некоторых осуществлениях фосфатная добавка предпочтительно представляет собой соединение, отличное от фосфата алюминия. В данном случае термин "фосфат алюминия" включает стехиометрические и нестехиометрические соединения фосфата алюминия, а также фосфатные соединения алюминия, содержащие ионы водорода. Он не распространяется на фосфатные добавки, включающие ионы, отличные от ионов алюминия, фосфат-ионов или ионов водорода.
Было установлено, что добавление фосфатной добавки к стукко и смеси воды приводит к продукту на основе сульфата кальция (например, гипсовый продукт, такой как стеновая панель или потолочная панель), который имеет улучшенную огнестойкость. Считается, что повышенная огнестойкость связана с близким размером сульфат- и фосфат-ионов. Сходство размера ионов может обеспечить формирование относительно стабильных соединений при ионной диффузии, проходящей при высоких температурах, существующих в огне. Таким образом, считается, что, когда высокие температуры вызывают диффузию сульфат-ионов от ионов кальция в соединениях сульфата кальция, фосфат-ионы могут заменить сульфат-ионы, не вызывая существенных изменений в структуре соединения кальция. Таким образом, присутствие фосфат ионов может помочь избежать возникновения внутренних напряжений в соединении кальция и помогает сохранить механическую целостность продукта.
Так как продукт на основе сульфата кальция может лучше сохранять свою механическую целостность при высоких температурах, например 750°C, может быть снижено количество материала, необходимого, например, для гипсовых панелей. Это уменьшение количества материала может быть достигнуто, например, за счет снижения веса панели или его толщины.
Фосфатная добавка может быть в виде водного раствора фосфатной соли. Считается, что в этом случае некоторые фосфатные добавки могут оставаться в жидком растворе после схватывания суспензии стукко и этот жидкий раствор может задержать обезвоживание продукта на основе сульфата кальция, так что во время пожара (или других высокотемпературных инцидентах), усадка продукта может быть задержана до достижения более высоких температур.
В качестве предпочтительной альтернативы, фосфатная добавка может быть по существу не растворимой в воде, например, это может быть монетит, брушит, фосфат гидроксид меди, фосфат бора, фосфат магния, пирофосфат кальция, метафосфат алюминия или полифосфат аммония. Считается, что в этом случае фосфатная добавка будет мало влиять или вообще не будет влиять на реакцию схватывания суспензии стукко. Так, например, фосфатная добавка может быть получена нейтрализацией фосфата алюминия, например, до pH 6 с использованием, например, гидроксида кальция или другого подходящего щелочного материала. Аналогичным образом, в некоторых предпочтительных осуществлениях фосфатная добавка может быть получена нейтрализацией фосфата алюминия, например, до pH 7 с использованием, например, гидроксида аммония.
2
2
В некоторых случаях фосфатная добавка предпочтительно имеет pH выше pH 5,0, предпочтительно более pH 5,5, наиболее предпочтительно выше pH 6,0. Этот контроль pH фосфатной добавки может способствовать ограничению подкисления суспензии стукко. Считается, что подкисление суспензии может вызвать выделение CO из карбоната кальция и/или карбоната магния, присутствующих в суспензии в качестве примесей. Выделение CO может привести к затруднению контроля плотности продукта на основе сульфата кальция.
В некоторых случаях, полифосфат аммония является предпочтительным, так как он обладает высокой эффективностью в замедлении усадки гипса при более высоких температурах с контролируемым влиянием на характеристики схватывания суспензии (то есть считается, что он ускоряет нуклеацию и тем самым снижает время гидратации).
В случае фосфатной добавки в виде фосфата алюминия считается, что фосфат алюминия дает аморфный гель, который покрывает частицы сульфата кальция (например, гипс), при схватывании суспензии стукко.
Считается также, что добавки фосфата алюминия могут снизить усадку продукта на основе сульфата кальция при высоких температурах, возможно выступая в виде теплового барьера для замедления обезвоживания сульфата кальция. Кроме того, фосфат алюминия может помочь скреплять совместно сульфат кальция на ранних стадиях пожара, если происходит дегидратация. Также считается, что фосфат алюминия имеет хорошую устойчивость к высоким температурам.
В целом считается, что фосфат алюминия имеет хорошую высокую химическую стойкость при высокой температуре, прочность при высокой температуре, стойкость к истиранию, термостойкость и теплоизолирующие свойства, а также химическую совместимость с другими дополнительными компонентами продукта на основе сульфата кальция, такими как металлы, оксиды алюминия и кремния.
2
4
3
Обычно в случае фосфатной добавки в виде фосфата алюминия, фосфатная добавка получается в виде Al(HPO) (фосфат алюминия диводорода).
Обычно фосфатную добавку добавляют к суспензии стукко в количестве 0,5-30% масс, относительно сухой массы суспензии. Предпочтительно, фосфатную добавку добавляют к суспензии стукко в количестве 1-15% масс, относительно сухой массы суспензии. Более предпочтительно, фосфатную добавку добавляют к суспензии стукко в количестве 1,5-10% масс относительно сухой массы суспензии.
Обычно фосфатная добавка включает, по меньшей мере, 2% масс, относительно сухой массы суспензии, предпочтительно, по меньшей мере, 3% масс, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 3,5% масс.
3+
3+
3+
3+
Обычно в случае, когда фосфатная добавка является фосфатом алюминия, ионы алюминия Al и  присутствуют в суспензии в мольном отношении три иона  на один ион Al. В случае, если ионы  и Al присутствуют с нестехиометрическим отношением, предпочтительно, чтобы было  ионов на один ион Al.
В менее предпочтительном варианте фосфорная кислота и алюминий могут быть добавлены к суспензии раздельно.
9
4
7
4
Считается, что, когда фосфатная добавка является фосфатом алюминия, фосфат алюминия реагирует с сульфатом кальция при высоких температурах (например, 1000°C) с образованием CaAl(PO) и AlPO. Эти соединения могут присутствовать в виде сетки кристаллитов. Считается, что фосфат алюминия при более низкой температуре (например, 150-500°C), представляет собой аморфный связующий материал.
Было установлено, что добавление фосфатной добавки имеет тенденцию к увеличению срока схватывания суспензии стукко, т.е. времени, необходимого для гидратации с образованием гипса. В частности, это происходит в случае, если фосфатная добавка находится в виде водного раствора и/или фосфатная добавка является фосфатом алюминия. Таким образом, в общем, способ согласно первому аспекту изобретения включает дополнительную стадию добавления катализатора к суспензии стукко.
Катализатор может быть, например, свежемолотым гипсом с добавкой поверхностно-активного вещества или сахара. Такие катализаторы могут включать измельчитель минералов NANSA (GMN) (см. www.huntsman.com/performance_products), катализатор термостойкости (HRA) и катализатор, измельченный в шаровой мельнице (ВМА). Альтернативно катализатор может быть химической добавкой, такой как сульфат алюминия, сульфат цинка или сульфат калия. В некоторых случаях смесь катализаторов может быть использована, например, GMN в комбинации с сульфатным катализатором. В качестве дополнительной альтернативы, ультразвук может быть использован для ускорения скорости схватывания суспензии стукко, например, как описано в US 2010/0136259.
Было установлено, что неожиданно высокая доля катализатора может потребоваться для достижения схватывания стукко в практическом масштабе времени. Таким образом, обычно катализатор добавляют в суспензию стукко в количестве 0,01-5% масс, предпочтительно 1-5%, более предпочтительно 2-5% масс.
Катализатор обычно добавляют в суспензию стукко в смеситель, в котором смешивают стукко и воду. Однако катализатор может быть добавлен далее по схеме после смесителя, например на выходе смесителя.
В качестве альтернативы добавления фосфатной добавки к суспензии стукко, настоящее изобретение может предложить способ введения фосфатной добавки в продукт на основе сульфата кальция импрегнированием отвержденного продукта на основе сульфата кальция раствором, содержащим фосфат ионы.
Таким образом, настоящее изобретение также может предложить способ изготовления обработанного продукта на основе сульфата кальция с повышенной огнестойкостью, включающий следующие стадии:
- проведения гидратации суспензии стукко для получения отвержденного продукта на основе сульфата кальция; и
- импрегнирования отвержденного продукта на основе сульфата кальция раствором, содержащим фосфатную добавку.
Этот способ требует чтобы, фосфатная добавка была растворимой, обычно растворимой в воде. Как правило, фосфатные добавки с одновалентным катионом могут быть использованы для получения подходящего водного раствора. Такие фосфаты включают фосфат лития, фосфат натрия и фосфат калия. Также могут быть подходящими фосфат диаммония водорода и фосфат аммония диводорода, а также кислые фосфаты, такие как моногидрат фосфата кальция диводорода и фосфат алюминия. Двойные соли фосфат аммония магния, фосфат натрия алюминия и фосфат аммония алюминия также могут быть применимыми в изобретении.
Следующие фосфатные добавки также могут быть подходящими, но они менее предпочтительны: фосфат кальция (например, пирофосфат кальция, монетит или брушит (дигидрат фосфата кальция)), фосфат магния, тригидрат двухосновного фосфата магния, гидрат фосфата магния, фосфат цинка, фосфат калия алюминия, метафосфат алюминия, фосфат гидроксид меди или фосфат бора. Фосфатная добавка может быть солью или кислотой.
Обычно фосфатная добавка представляет собой соединение, отличное от фосфата алюминия. В данном случае термин "фосфат алюминия" включает стехиометрические и нестехиометрические соединения фосфата алюминия, а также фосфатные соединения алюминия, содержащие ионы водорода. Он не распространяется на фосфатные добавки содержащие ионы, отличные от ионов алюминия, фосфат ионов или ионов водорода.
Однако в некоторых осуществлениях фосфатная добавка может быть фосфатом алюминия. Например, раствор может быть водным раствором фосфата алюминия диводорода.
Фосфатные добавки могут иметь дополнительные необязательные функции, как описано в случае первого аспекта настоящего изобретения.
4
2
4
4
2
4
Предпочтительно раствор включает ионы аммония. Например, раствор может быть водным раствором NHHPO или (NH)HPO.
Обычно стадия импрегнирования может быть осуществлена при пониженном давлении воздуха (например, под вакуумом). Однако в случае вспененных продуктов это необязательно.
Обычно после стадии импрегнирования продукт на основе сульфата кальция может быть высушен с использованием обычного оборудования для сушки при температуре 30-90°C, предпочтительно 35-80°C, наиболее предпочтительно 40-60°C. В некоторых случаях эта стадия сушки может быть осуществлена путем возврата продукта на основе сульфата кальция в сушилку, которая первоначально была использована для стадии сушки продукта на основе сульфата кальция.
Способ согласно второму аспекту настоящего изобретения может давать продукт на основе сульфата кальция, включающий фосфатную добавку. Включение фосфатной добавки в продукт на основе сульфата кальция, как полагают, увеличивает огнестойкость продукта на основе сульфат кальция, как обсуждалось выше в связи с первым аспектом настоящего изобретения.
В третьем аспекте настоящее изобретение относится к продукту на основе сульфата кальция с повышенной огнестойкостью, включающему фосфатную добавку.
Фосфатная добавка может быть солью или кислотой. Обычно фосфатная добавка является одной из следующих добавок: фосфат натрия, фосфат калия, фосфат лития, фосфат кальция (например, пирофосфат кальция, монетит или брушит (дигидрат фосфата кальция)), фосфат магния, тригидрат двухосновного фосфата магния, гидрат фосфата магния, фосфат цинка, фосфат алюминия, фосфат диаммония водорода, фосфат аммония диводорода, фосфат аммония магния, фосфат аммония алюминия, полифосфат аммония, фосфат калия алюминия, фосфат натрия алюминия, метафосфат алюминия, гидроксид фосфат меди или фосфат бора.
Обычно фосфатная добавка представляет собой соединение, отличное от фосфата алюминия. В данном случае термин "фосфат алюминия" включает стехиометрические и нестехиометрические соединения фосфата алюминия, так же, как фосфатные соединения алюминия, содержащие ионы водорода. Он не распространяется на фосфатные добавки содержащие ионы, отличные от ионов алюминия, фосфат ионов или ионов водорода.
Однако в некоторых осуществлениях фосфатная добавка может быть фосфатом алюминия.
4
2
4
4
2
4
В предпочтительном осуществлении фосфатная добавка включает ионы аммония. Например, фосфатная добавка может быть NHHPO, (NH)HPO фосфатом аммония алюминия или полифосфатом аммония.
Фосфатная добавка может иметь дополнительные необязательные функции, как описано в части, относящейся к первому аспекту настоящего изобретения.
Включение фосфатной добавки в продукт на основе сульфата кальция, как полагают, повышает огнестойкость продукта на основе сульфат кальция, как обсуждалось выше в связи с первым аспектом настоящего изобретения.
Следующие рабочие примеры даны только с целью иллюстрации.
Пример 1
2
4
3
Цилиндры из гипса ((a) и (b)) готовят из 140 г 5% масс, раствора Al(HPO) и 200 г β гипса, смешанных вручную в течение 10 секунд. Суспензия включает 1,5% масс. измельчитель минерала NANSA (GMN) (сухой порошок додецилбензолсульфонат натрия), то есть GMN составляет 1,5% масс, сухого гипса. Суспензии дают затвердеть и высушивают при 40°C для получения образцов для дилатометрии. Кроме того, определяют срок схватывания.
Пример 2
2
4
3
2
4
3
Цилиндры из гипса ((a) и (b)) получают из 140 г 2,5% масс, раствора Al(HPO) и 200 г β гипса, смешанных в кухонном блендере в течение 10 секунд. Раствор Al(HPO) включает дополнительно CaOH в количестве, достаточном, чтобы довести pH раствора до pH 6. Суспензия включает 1,5% масс. Ground Mineral NANSA (GMN), то есть GMN составляет 1,5% масс, сухого гипса. Суспензии дают затвердеть и высушивают при 40°C для получения образцов для дилатометрии. Кроме того, определяют срок схватывания.
Пример 3
4
Цилиндры из гипса получают из 100 г воды и 100 г α гипса, смешанных вручную с помощью шпателя. Суспензия включает 5 г порошка AlPO, то есть 5% масс, относительно сухого гипса. Суспензии дают затвердеть и высушивают при 40°C для получения образцов для измерения усадки. Кроме того, определяют срок схватывания.
Пример 4
4
Цилиндры из гипса получают из 100 г воды и 100 г α гипса, перемешанных вручную с помощью шпателя. Суспензия включает 10 г порошка AlPO, то есть 10% масс, относительно сухого гипса. Суспензии дают затвердеть и высушивают при 40°C для получения образцов для измерения усадки. Кроме того, определяют срок схватывания.
Пример 5
2
4
3
Гипсовые цилиндры готовят способом, описанным в сравнительном примере 4, импрегнируют 5 М раствором Al(HPO) в воде под вакуумом и высушивают при 40°C.
Пример 6
4
2
4
Гипсовые цилиндры готовят способом, описанным в сравнительном примере 4, импрегнируют 0,5 М раствором NHHPO в воде и высушивают при 40°C.
Пример 7
4
2
4
Гипсовые цилиндры готовят способом, описанным в сравнительном примере 4, импрегнируют 1 М раствором NHHPO в воде и высушивают при 40°C.
Пример 8
4
2
4
Гипсовые цилиндры готовят способом, описанным в сравнительном примере 4, импрегнируют 0,5 М раствором NHHPO в воде и высушивают при 40°C.
Пример 9
4
2
4
Гипсовые цилиндры готовят способом, описанным в сравнительном примере 4, импрегнируют 1 М раствором NHHPO в воде и высушивают при 40°C.
Пример 10
2
4
3
Гипсовые цилиндры готовят из α гипса и 5 М раствора Al(HPO), смешанных вручную шпателем с массовым отношением 1:1. Суспензии дают затвердеть и высушивают при 40°C для получения образцов для контроля усадки. Также определяют срок схватывания.
Пример 11
2
4
3
Гипсовые цилиндры готовят из α гипса и 5 М раствора Al(HPO), смешанных вручную шпателем с массовым отношением 1:1. Суспензия включает 3% масс. GMN относительно массы сухого гипса. Суспензии дают затвердеть и высушивают при 40°C для получения образцов для контроля усадки. Также определяют срок схватывания.
Пример 12
Гипсовую суспензию получают из 500 мл воды при 40°C и 500 г сульфата кальция β полугидрата гипса и смешивают в течение 10 секунд в Kenwood™ Chef Classic блендере на "низкой" скорости. Суспензия включает 12,5 г метафосфат алюминия, Sigma-Aldrich. Часть суспензии помещают в 150 мл полистирольные чашки с полиуретановой теплоизоляцией. Температуру суспензии затем измеряют через регулярные промежутки времени, используя термопару типа К и результаты записывают с использованием регистратора данных. Эти измерения позволяют определить время гидратации (то есть время достижения максимальной температуры). Другую часть суспензию заливают в формы и дают затвердеть для получения гипсовых цилиндров. После высушивания при 40°C образцы анализируют с помощью дилатометра.
Пример 13
Гипсовую суспензию и гипсовые цилиндры готовят с использованием способа примера 12, с той разницей, что фосфатная добавка является 12,5 г двухосновного фосфата кальция (Sigma-Aldrich), вместо метафосфата алюминия.
Пример 14
Гипсовую суспензию и гипсовые цилиндры готовят с использованием способа примера 12, с той разницей, что фосфатная добавка является 12,5 г пирофосфата кальция (Sigma-Aldrich), вместо метафосфата алюминия.
Пример 15
Гипсовую суспензию и гипсовые цилиндры готовят с использованием способа примера 12, с той разницей, что фосфатная добавка является 12,5 г тригидрата двухосновного фосфата магния (Sigma-Aldrich), вместо метафосфата алюминия.
Пример 16
Гипсовую суспензию и гипсовые цилиндры готовят с использованием способа примера 12, с той разницей, что фосфатная добавка является 12,5 г моногидрата фосфата алюминия (Sigma-Aldrich), вместо метафосфата алюминия.
Пример 17
Гипсовую суспензию и гипсовые цилиндры готовят с использованием способа примера 12, с той разницей, что фосфатная добавка является 12,5 г моногидрата бис (диводородфосфата) кальция (Sigma-Aldrich), вместо метафосфата алюминия.
Пример 18
4
Гипсовую суспензию и гипсовые цилиндры готовят с использованием способа примера 12, с той разницей, что фосфатная добавка является 12,5 г фосфата алюминия (AlPO) (Sigma-Aldrich), вместо метафосфата алюминия.
Пример 19
Гипсовую суспензию и гипсовые цилиндры готовят с использованием способа примера 12, с той разницей, что фосфатная добавка является 12,5 г моногидрата фосфата алюминия (Sigma-Aldrich), вместо метафосфата алюминия. Перед ее добавлением в суспензию, моногидрат фосфата алюминия нейтрализуют до pH 7 с помощью гидроксида аммония.
Пример 20
Гипсовую суспензию и гипсовые цилиндры готовят с использованием способа примера 12, с той разницей, что фосфатная добавка является 12,5 г полифосфата аммония (с силановым покрытием, Polymer Tailoring Ltd), вместо метафосфата алюминия.
Пример 21
Гипсовую суспензию и гипсовые цилиндры готовят с использованием способа примера 12, с той разницей, что фосфатная добавка является 12,5 г полифосфата аммония (Clariant), вместо метафосфата алюминия.
Пример 22
Гипсовую суспензию и гипсовые цилиндры готовят с использованием способа примера 12, с той разницей, что фосфатная добавка является 5 г полифосфата аммония (Clariant), вместо метафосфата алюминия.
Сравнительный пример 1
Гипсовые цилиндры ((a) и (b)) готовят из 140 г воды и 197 г β гипса, смешанных в течение 10 секунд вручную. Суспензия включает 3G оксид алюминия. Суспензии дают затвердеть и высушивают при 40°C для получения образцов для дилатометрических измерений.
Сравнительный пример 2
Гипсовые цилиндры ((a) и (b)) готовят из 140 г воды и 197 г β гипса, смешанных в течение 10 секунд вручную. Суспензия включает 3 г кремнеземной пыли. Суспензии дают затвердеть и высушивают при 40°C для получения образцов для дилатометрических измерений.
Сравнительный пример 3
Гипсовые цилиндры ((a) и (b)) готовят из 140 г воды и 200 г β гипса, смешанных в течение 10 секунд вручную. Суспензии дают затвердеть и высушивают при 40°C для получения образцов для дилатометрических измерений.
Сравнительный пример 4
Гипсовые цилиндры готовят из 100 г воды и 100 г α гипса, смешанных вручную с помощью шпателя. Суспензии дают затвердеть и высушивают при 40°C для получения образцов для контроля усадки.
Сравнительный пример 5
Гипсовую суспензию готовят из 500 мл воды при 40°C и 500 г гипса β полугидрата сульфата кальция и смешивают в течение 10 секунд в Kenwood™ Chef Classic блендере на "низкой" скорости. Часть суспензии помещают в 150 мл полистирольные чашки с полиуретановой теплоизоляцией. Температуру суспензии затем измеряют через регулярные промежутки времени, используя термопару типа К и результаты записывают с использованием регистратора данных. Эти измерения позволяют определить время гидратации (то есть, время достижения максимальной температуры). Другую часть суспензию заливают в формы и дают затвердеть для получения гипсовых цилиндров. После высушивания при 40°C образцы анализируют с помощью дилатометра.
Сравнительный пример 6
Гипсовую суспензию получают из 500 мл воды при 40°C и 500 г гипса β полугидрата сульфата кальция и смешивают в течение 10 секунд в Kenwood™ Chef Classic блендере на "низкой" скорости. Суспензия включает 12,5 г кремнеземной пыли. Часть суспензии помещают в 150 мл полистирольные чашки с полиуретановой теплоизоляцией. Температуру суспензии затем измеряют через регулярные промежутки времени, используя термопару типа K и результаты записывают с использованием регистратора данных. Эти измерения позволяют определить время гидратации (то есть время достижения максимальной температуры). Другую часть суспензии заливают в формы и дают затвердеть для получения гипсовых цилиндров. После высушивания при 40°C образцы анализируют с помощью дилатометра.
Контроль усадки
-1
Образцы примеров 1-2 и 12-22 и сравнительных примеров 1-3 и 5-6 нагревают до 1000°C в дилатометре Netzsch при 5°C·мин и их усадку измеряют на месте датчиком с разрешением 8 нм. Результаты приведены в таблице 1.
-1
Образцы примеров 3-11 и сравнительного примера 4 нагревают до 1000°C в печи при 5°C·мин и их усадку измеряют после охлаждения с использованием штангенциркуля с цифровой индикацией с разрешением 0,01 мм. Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1
Образец
Усадка (%)
500°C
750°C
1000°C
Пример 1 (Образец a)
0,25
0,44
6,53
Пример 1 (Образец b)
0,29
0,47
6,76
Пример 2 (Образец a)
1,95
2,33
6,14
Пример 2 (Образец b)
1,97
2,50
6,79
Пример 3
-
-
9,7
Пример 4
-
-
7,8
Пример 5
-
-
1,5
Пример 6
-
-
11,0
Пример 7
-
-
5,7
Пример 8
-
-
9,0
Образец
Усадка (%)
500°C
750°C
1000°C
Пример 9
-
-
6,2
Пример 10
-
-
2,1
Пример 11
-
-
3,5
Пример 12
2,11
3,61
8,30
Пример 13
2,07
3,61
9,99
Пример 14
2,10
3,90
8,14
Пример 15
2,13
3,19
10,28
Пример 16
0,74
0,62
6,07
Пример 17
1,42
1,37
9,37
Пример 18
2,03
3,90
10,68
Пример 19
0,75
0,33
6,63
Пример 20
0,91
0,89
7,16
Пример 21
0,76
0,84
6,86
Пример 22
0,49
0,21
8,20
Сравнительный пример 1 (Образец a)
1,94
3,40
11,33
Сравнительный пример 1 (Образец b)
1,87
3,38
11,60
Сравнительный пример 2 (Образец a)
2,01
3,48
13,30
Сравнительный пример 2 (Образец b)
1,96
3,42
13,48
Сравнительный пример 3 (Образец a)
2,03
3,61
17,82
Сравнительный пример 3 (Образец b)
1,82
3,34
17,53
Сравнительный пример 4
-
-
20,7
Сравнительный пример 5
2,22
3,97
19,60
Сравнительный пример 6
2,04
3,02
10,82
2
4
3
Таблица 1 показывает, что в примере 2 (в котором раствор Al(HPO) включает количество гидроксида кальция достаточное, чтобы довести pH раствора до pH 6) усадка начинается при значительно более низких температурах, чем в примере 1 (в котором щелочь не была добавлена для нейтрализации фосфатной добавки).
Усадка образцов сравнительного примера 3 превышает 5 мм диапазон измерений дилатометра. Таким образом, предполагается, что фактическая усадка образцов сравнительного примера 3 больше по величине, чем значение, указанное в таблице 1.
Срок схватывания
Срок схватывания в примерах 1-4 и сравнительных примерах 3 и 4 измеряют с помощью иглы Вика и приводится в таблице 2 ниже.
Таблица 2
Пример
Срок схватывания
Пример 1
<15 минут
Пример 2
<5 минут
Пример 3
<30 минут
Пример 4
<30 минут
Сравнительный пример 3
<15 минут
Сравнительный пример 4
<30 минут
Время гидратации
Рецептуры, используемые в примерах 10-11 и сравнительного примера 4, повторно готовят в меньших масштабах в микрокалориметре для определения общего периода времени, в течение которого происходит выделение тепловой энергии. Это указывает время, необходимое для завершения гидратации гипса. Результаты приведены в таблице 3.
Таблица 3
Пример
Время до конца выделения тепловой энергии (минуты)
Пример 10
514
Пример 11
300
Сравнительный пример 4
150
Таблица 4 представляет время достижения максимальной температуры суспензии, описанной в примерах 12-22 и сравнительных примерах 5-6. Измерение времени достижения максимальной температуры является альтернативным методом определения относительного времени гидратации гипсовой суспензии.
Таблица 4
Пример
Время достижения максимальной температуры (минуты)
Сравнительный пример 5
15
Сравнительный пример 6
15
Пример 12
15
Пример 13
15
Пример 14
15
Пример 15
17
Пример 16
28
Пример 17
17
Пример 18
16
Пример 19
26
Пример 20
8
Пример 21
7
Пример 22
11