СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО СЫПУЧЕГО ГИПСОВОГО МАТЕРИАЛА
METHOD TO PRODUCE COMPOSITE LOOSE GYPSUM MATERIAL

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к сухим строительным смесям, и может быть использовано для производства теплоизоляционных, конструкционно-теплоизоляционных и акустических материалов, а также в домостроении.
Известен способ получения композиционного материала, который принят за прототип, включающий дробление гипсового камня, его прокаливание при повышенных температурах и сухое смешение полученного гипсового вяжущего с добавкой, при этом при получении композиционного материала прокаливание ведут до получения гипсового вяжущего - β-полугидрата или водорастворимого ангидрита сульфата кальция (RU 2232733, кл. С04В 28/14; С04В 28/14; С04В 22:02; С04В 103:67, 14.05.2002).
Недостатком способа является невысокая стабильность материала при его хранении, который получен известным способом,
Задачей изобретения является разработка способа, обеспечивающего возможность получения композиционного гипсового материала с сохранением сыпучих свойств длительное время.
Техническим результатом изобретения является расширение сырьевой базы, снижение себестоимости, простоты изготовления и отсутствием отрицательного воздействия на окружающую среду, а также повышение стабильности материала полученного заявленным способом при длительном его хранении.
Поставленная задача и как следствие указанный технический результат достигаются тем, что в способе получения композиционного сыпучего гипсового материала, путем дробления гипсового составляющего его обжига и сухого смешивания компонентов, согласно изобретению в качестве гипсового составляющего используют природный гипсовый камень, а в качестве модифицирующей добавки - торфяной порошок который вводят в природный гипсовый камень перед дроблением или перед обжигом в количестве, в масс.%: природный гипсовый камень - 90-99,5, торфяной порошок - 0,5-10, а обжиг осуществляют при температуре 150÷200°С в течение 60÷180 минут. При этом торфяной порошок вводят в гипсовый порошок.
Использование в качестве модифицирующей добавки торфяного порошка позволяет повысить стабильность гипса при его длительном хранении. Экспериментально подтвержденный факт - время хранения модифицированного торфом гипса составило пять лет при относительной влажности воздуха 85÷90%. При этом его прочность равнялась марочной, то есть не произошло потери его физико-химических характеристик. Кроме того торфяной порошок является исключительно экологически чистым сырьем, легко доступным и дешевым.
Размеры частиц торфяного порошка должны составлять не менее 100 мкм. Такой размер частиц торфяного порошка обусловлен максимально возможным выходом из него водоотталкивающих компонентов при обжиге, а также минимальным отрицательным воздействием на основные физико-химические характеристики гипса. Размер частиц свыше 100 мкм будет ухудшать прочностные характеристики гипса, так как размер частиц гипса после помола не превышает 100 мкм. Таким образом, наполнитель (торфяной порошок) и матрица (природный гипс) должны быть одного размера. Введение торфяного порошка перед обжигом гипса, позволяет осуществлять его совместное с гипсом обезвоживание (при необходимости) и одновременно проводить его начальную стадию термического разложения, при которой выделяются водоотталкивающие компоненты. Дополнительным преимуществом совместной термообработки гипса и торфяного порошка является более равномерный прогрев смеси, так как гипс обладает более высокой по сравнению с торфом теплопроводностью. Кроме того, температура обжига составляет от 150 до 200°С, а время процесса от 60 до 180 минут.В процессе обжига происходит интенсивное выделение и испарения кристаллизационной (гидратной) воды из гипса. Одновременно с этим удаляется физико-химически и химически связанная влага из торфа, после чего начинается первичная стадия его термического разложения с выделением водоотталкивающих компонентов. При температуре менее 150°С термического разложения органической массы не происходит, а при температуре выше 200°С высока вероятность возгорания торфяного порошка. Кроме того, нагревание гипса с подъемом температуры свыше 200°С может привести к обезвоживанию полуводного гипса до растворимого ангидрита и к ухудшению его качества. Водоотталкивающие компоненты покрывают поверхность гипсовых частиц органической пленкой и изолируют их от жидкой и парообразной воды.
Введение торфяного порошка в гипсовый порошок проводят для того, чтобы максимально приблизиться к параметрам используемого в промышленности технологического процесса, так как условия проведения обжига гипса практически полностью соответствуют условиям обезвоживания торфяного порошка и начальной стадии его термического разложения. При этом пористая структура гипсовых частиц позволяет осаждать на них жидкие и твердые продукты низкотемпературного разложения органического вещества торфа. Обработка гипсового порошка в процессе его совместного обжига с торфяным порошком приводит к тому, что он не слеживается при хранении и максимально сохраняет свои физико-химические характеристики.
Введение торфяного порошка непосредственно в природный гипсовый камень возможно также и пред его обжигом с последующим помолом. Однако в этом случае эффективность обработки будет значительно ниже, так как продукты низкотемпературного разложения торфа будут осаждаться не на поверхности частиц, а на поверхности гипсового камня. При его помоле антислеживающий эффект будет достигаться за счет механического ударного воздействия на минеральные и органические частицы, позволяющего закреплять жидкие и твердые продукты низкотемпературного разложения на формирующихся гипсовых частицах, а также за счет перемешивания обработанных поверхностных частиц гипсового камня с частицами, образующимися при помоле внутренних слоев гипсового камня,
Способ получения композиционного сыпучего гипсового материала иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
В качестве порошкообразной модифицирующей добавки применяли порошок из низинного торфа степенью разложения 35%. Для получения порошка высушенный до относительной влажности 6-10% низинный торф измельчали в шаровой мельнице и просеивали на сите с размером отверстий 100 мкм. Просеянный торф добавляли в гипс в количестве 3 мас.%. Полученную смесь при постоянном перемешивании нагревали в специальной смесительной установке до температуры 170°С, выдерживали при этой температуре в течение 120 минут, а затем охлаждали до комнатной температуры.
Полученный композиционный сыпучий гипсовый материал обладал водоотталкивающими свойствами. При нанесении капли воды на поверхность материала она не впитывалась, и краевой угол ее смачивания с поверхностью композиционного сыпучего гипсового материала составил 125°. При хранении композиционного сыпучего гипсового материала в течение 1 месяца при относительной влажности воздуха 80-90% признаков съеживания (образования комков) не обнаружено. Потеря прочности на одноосное сжатие, по сравнению с контрольным образцом, хранившимся в сухом месте, составила 9% (см. таблицу). А контрольный образец, хранившийся в течение одного месяца в условиях относительной влажности воздуха 90%, полностью слежался и потерял свои потребительские (физико-химические) характеристики (в таблице и далее в примерах не отражено, так как потеря характеристик произошла во всех экспериментах).
Пример 2. Аналогичен примеру 1, но в качестве порошкообразной модифицирующей добавки применяли порошок из переходного торфа степенью разложения 25% в количестве 5 масс.%, температура нагрева составляла 150°С, а время выдерживания при этой температуре 180 минут. Краевой угол смачивания составил 110°, признаков слеживания не обнаружено, а потеря прочности составила 8% (см. таблицу).
Пример 3. Аналогичен примеру 1, но в качестве порошкообразной модифицирующей добавки применяли порошок из верхового торфа степенью разложения 20% в количестве 10 масс.%, температура нагрева составляла 200°С, а время выдерживания при этой температуре 60 минут.Краевой угол смачивания составил 165°, признаков слеживания не обнаружено, а потеря прочности составила 5% (см. таблицу).
Пример 4. Аналогичен примеру 1, но в качестве порошкообразной модифицирующей добавки применяли смесь порошков из верхового (одна треть), переходного (одна треть) и низинного (одна треть) торфа с соответствующими степенями разложения (см. примеры 1-3), концентрация добавки составляла 7 масс.%, температура нагрева составляла 160°С, а время выдерживания при этой температуре 180 минут. Краевой угол смачивания составил 155°, признаков слеживания не обнаружено, а потеря прочности составила 3% (см. таблицу).
Пример 5. В качестве порошкообразной модифицирующей добавки применяли порошок из низинного торфа степенью разложения 35%. Для получения порошка высушенный до относительной влажности 6-10% низинный торф измельчали в шаровой мельнице и просеивали на сите с размером отверстий 100 мкм. Просеянный торф добавляли в гипсовый камень в количестве 3 мас.%. Полученную смесь при постоянном перемешивании нагревали в специальной смесительной установке до температуры 190°С, выдерживали при этой температуре в течение 120 минут, а затем охлаждали до комнатной температуры.
После охлаждения смесь размалывалась на шаровой мельнице в порошок.
Полученный композиционный сыпучий гипсовый материал обладал водоотталкивающими свойствами - при нанесении капли воды на его поверхность она не впитывалась, и краевой угол ее смачивания с поверхностью композиционного сыпучего гипсового материала составил 95°. При хранении композиционного сыпучего гипсового материала в течение 1 месяца при относительной влажности воздуха 80-90% были обнаружены незначительные признаки слеживания - образования комков. Потеря прочности на одноосное сжатие по сравнению с контрольным образцом, хранившимся в сухом месте составила 19% (см. таблицу).
Данные примеры не ограничивают возможности способа получения композиционного материала. Например, при использовании верхового торфа со степенью разложения 35%, эффект стабильности материала намного выше (см. таблицу), что позволяет снижать его концентрацию до 0,5 масс.%.
В промышленных условиях при незначительном усовершенствовании существующих технологических линий и использовании дополнительного технологического оборудования возможно получение композиционного гипсового материала. Возможно введение торфяного порошка, согласно изобретению, непосредственно в порошок при обжиге двуводного гипса, или при последующем совместном помоле торфяного порошка с обожженным гипсовым камнем.
Таблица
Характеристики композиционного сыпучего гипсового материала
Наименование состава
Температура нагрева, °С
Время выдерживания при заданной температуре нагрева, мин
Величина краевого угла смачивания поверхности материала, град
Признаки слеживания при хранении<sup>i</sup> (образование комков)
Процент потери прочности по отношению к марочной<sup>ii</sup>
Гипс (97 масс.%) и низинный торф степенью разложения 35% - (3 масс.%)
170
120
125
нет
9
Гипс (95 масс.%) и переходный торф степенью разложения 25% - (5 масс.%)
150
180
110
нет
8
Гипс (90 масс.%) и верховой торф степенью разложения 20% - (10 масс.%)
200
60
165
нет
5
Гипс (93 масс.%) и смесь низинного, переходного и верхового торфа (1:1:1) - (7 масс.%)
160
160
155
нет
3
Гипс (99,5 масс.%) и верховой торф степенью разложения 35% - (0,5 масс.%)
180
180
105
нет
0
Гипс (95 масс.%) и смесь низинного и переходного торфа (1:1)-(5 масс.%)
190
60
115
частично есть
13
Гипс (96 масс.%) и смесь низинного и верхового торфа (1:1)-(4 масс.%)
190
60
120
частично есть
15
Гипс (96 масс.%) и смесь переходного и верхового торфа (1:1)-(4 масс.%)
190
60
125
частично есть
15
Гипсовый камень (97 масс.%) и низинный торф степенью разложения 35% - (3 масс.%)
190
120
95
частично есть
19
<sup>1</sup> Хранение производилось в течение месяца при относительной влажности воздуха 90%
<sup>1</sup> Марочная прочность определялась у образца гипса, хранившегося в течение месяца в сухом месте.
Таким образом, в изобретении доказана промышленная применимость способа получения композиционного сыпучего гипсового материала, который позволит повысить стабильность физико-химических характеристик при длительном хранении, расширить сырьевую базы, снизить себестоимость, обеспечить простоту изготовления и отсутствие отрицательного воздействия на окружающую среду.