СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ ИЗДЕЛИЙ И СПОСОБ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
RAW MIXTURE FOR PRESSED GYPSUM ARTICLES AND METHOD FOR MANUFACTURE THEREOF

Настоящее изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано при производстве гипсовых изделий.
Известен способ и состав для изготовления гипсовых изделий, при этом влажный природный двуводный гипс или цитрогипс смешивают с серной кислотой, а затем последовательно с сухой негашеной известью и водой затворения, затем полученную сырьевую смесь прессуют с одновременным удалением избытка воды затворения (Патент RU № 2132310 С1, опубл. 27.06.1999).
Недостатком данного способа является сложность процесса изготовления изделий, высокие затраты на их производство, а также низкая водостойкость изделий, невысокая прочность.
Также известен способ и состав изготовления гипсовых изделий заключающийся в том, что используют вспученный перлит (мелкий заполнитель) с размером гранул 75–100 мкм, который предварительно насыщают водой, отфильтровывают воду, не удерживаемую гранулами вспученного перлита, смешивают водонасыщенный перлит с гипсом, подают полученную смесь в пресс-форму для дальнейшего прессования и прессуют при давлении не менее 10 МПа. (Патент RU № 2525412 С1, опубл. 10.08.2014, бюл. № 22).
Основными недостатками данного состава и способа являются низкая прочность высокое водовяжущее (водогипсовое) соотношение; наличие дополнительных операций, связанных с необходимостью водонасыщения и фильтрации воды из перлита. Также, при данном технологическом решении сложно обеспечить постоянное водогипсовое соотношение, это связано с пренебрежением весом перлита, а также с тем, что фильтрация не обеспечивает полное удаление воды с поверхности перлита и при его дозировании свободная влага будет оставаться на всем оборудовании, задействованном в данной операции. Колебание водогипсового отношения негативно отражается на обеспечении постоянства прочностных характеристик конечных изделий.
3
2
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением, принятым за прототип является состав и способ изготовления гипсовых изделий заключающийся в том, что мелкий заполнитель – отход производства перлита (перлитовая пыль с размером гранул 5–100 мкм, насыпной плотностью – 75 кг/м) смешивают с водой с последующим введением модифицированного гипсового вяжущего, полученного обжигом цитрогипса во вращающейся печи при температуре 120–140 °С, с удельной поверхностью 600–650 м/кг и формуют пресс-формах под давлением 10 МПа, с выдерживанием изделий при указанном давлении 30 сек. (Патент RU № 2 693 808 (С1), опубликовано: 04.07.2019 Бюл. № 19).
Основными недостатками данного состава и способа являются низкая прочность, повышенные энергетические затраты на прессование и металлоёмкость (металлические формы), необходимость использования перлитовой пыли, что повышает затраты на сырье, связанные с ее закупкой и транспортировкой; высокое содержание в смеси гипсового вяжущего, что увеличивает стоимость изделий, также низкое содержании  наполнителя (перлита) в смеси  (1,5 %) не обеспечивает получение изделий с высоким качеством поверхности, высокая адгезия гипсового вяжущего к металлической форме способствует образованию дефектов на поверхности изделий виде отслоений и клинов.
Изобретение направлено на повышение прочности изделий, снижение расхода вяжущего, затрат на сырье, энергетических затрат на прессование, снижение металлоёмкости производства, повышения качества поверхности изделий.
Это достигается тем, что сырьевая смесь для прессованных гипсовых изделий содержит вяжущее, наполнитель, при этом в качестве вяжущего используется гипсовое вяжущее, полученное обжигом цитрогипса при температуре 175 °С, в качестве наполнителя – цитрогипс с размером частиц не более 112 мкм, и 0,5 %-й водный раствор пенообразователя, выпрессовка изделий осуществляется в пресс-формах с пластиковой внутренней поверхностью при следующих массовых соотношениях сырьевых компонентов, % :
гипсовое вяжущее – 57,1–73,4;
цитрогипс  – 8,2–24,5;
0,5%-й раствор пенообразователя – остальное.
Способ изготовления гипсового камня, включает приготовление формовочной массы, формование в пресс-форме, выпресовку, сушку при этом приготовление формовочной массы осуществляется в следующей последовательности: приготовление сырьевой смеси путем смешивания вяжущего и наполнителя, приготовление 0,5%-го раствора пенообразователя, добавление сырьевой смеси в раствор пенообразователя, перемешивание, формование в пресс-формах с пластиковой внутренней поверхностью под давлением 2 МПа, с выдерживанием изделий при указанном давлении 30 сек., выпресовка и сушка в естественных условиях до постоянной массы.
Характеристики используемых материалов.
1. Наполнитель – отход биохимического синтеза лимонной кислоты – цитрогипс, с размером частиц не более 112 мкм. Химический состав цитрогипса представлен в таблице 1
Таблица 1
Химический состав цитрогипса
Содержание оксидов, %
CaO
SO<sub>3</sub>
SiO<sub>2</sub>
MgO
п.п.п.
50,85
48,32
0,317
0,146
остальное
2
2. Гипсовое вяжущее – обожжённый цитрогипс с удельной поверхностью 300–350 м/кг.
Гипсовое вяжущее, получаем путем обжига цитрогипса при температуре 175 °С.
1. Пенообразователь «Пеностром». Характеристики пенообразователя представлены в таблице 2.
Таблица 2
Характеристики пенообразователя «Пеностром»
Показатели
Значения
Плотность при 20 °C, кг/м<sup>3</sup>
в пределах – 1020–1090
Водородный показатель (pH) 1% водного раствора
в пределах – 7,5–10,0
Кинематическая вязкость, при 20 °C, мм<sup>2</sup>·с<sup>-1</sup>
не более – 40
Температура застывания, °C
не выше, минус – 3
Устойчивость пены, с
не менее – 240
Кратность пены
не менее – 4
4. Вода ГОСТ 23732-2011 «Вода для бетонов и строительных растворов. Технические условия».
Разработанные составы сырьевой смеси и прочностные показатели исследуемого состава изделий и прототипа приведены в таблице 3.
Таблица 3
Составы сырьевой смеси и физико-механические характеристики
исследуемых прессованных гипсовых изделий
Вид изделий
Расход материала % по масс.
Водовяжущееотношение
Давление прессования, МПа
Предел прочности при сжатии через 2 часа после прессования, МПа
Предел прочности присжатии сухих изделий, МПа
Гипсовое вяжущее
Перлитовая пыль
Цитрогипс
0,5%-й раствор пенообразователя
исследуемый состав №1
73,4
–
8,2
18,4
–
2
16
27
исследуемый состав №2
65,3
–
16,3
18,4
–
2
13
25
исследуемый состав №3
57,1
–
24,5
18,4
–
2
12
20
прототип
83
1,5
–
15,5
0,18-0,19
10
15–16
19-20
Пример (таблица 3 состав №3): цитрогипс в количестве 2,45 кг (24,5 % по массе) и гипсовое вяжущее в количестве 5,71 кг (57,1 % по массе), смешивают до получения однородной массы. Далее полученная сырьевая смесь засыпается в 0,5%-й водный раствор пенообразователя, взятый в количестве 1,84 л (18,4 % по массе) с последующим тщательным перемешиванием до получения однородной формовочной массы. После чего полученная формовочная масса направляется в пресс-форму с пластиковой внутренней поверхностью и производится прессование под давлением 2 МПа, длительность выдерживания под указанным давлением составляет 30 сек, далее осуществляется выпресовка и сушка в естественных условиях до постоянной массы
Разработанный способ изготовления изделий при предлагаемом соотношении компонентов, наличие в системе раствора пенообразователя и пресс-формы с пластиковой внутренней поверхностью способствует максимальному и однородному уплотнение формовочной смеси. Низкая адгезия материала формы к формовочной массе и дополнительный эффект от использования пенообразователя, обеспечивают получение изделий с высоким качеством поверхности, а также способствуют росту плотности гипсового камня и, как следствие, его прочности при низких давлениях прессования.
Введение в состав сырьевой смеси цитрогипса также способствует снижению себестоимости изделия за счет сокращения расхода на гипсовое вяжущее и затрат, связанных с закупкой и транспортировкой перлитовой пыли.
Исходя из того, что цитрогипс представляет собой отход биохимического синтеза лимонной кислоты данное изобретение, также позволяет значительно снизить нагрузку на окружающую среду.
Применение указанного давления (2 МПа) и режима формования изделий способствует снижению энергетических затрат. Использование пресс-формы с пластиковой внутренней поверхностью и низкое давление прессования, существенно снижает металлоемкость производства, низкая адгезия материала формы к формовочной массе позволяет отказаться от смазочных материалов, что сокращает длительность процесса, за счет отказа от данной операции, а также снижает затраты, связанные с закупкой смазочных материалов.
Снижение давления прессования ниже 2 МПа и повышение содержание наполнителя (цитрогипса) в системе выше 24,5 % способствует снижению средней плотности изделий и, как следствие, прочности, ниже значений прочности прототипа. В тоже время, увеличение давление прессования выше 2 МПа и снижение содержания наполнителя (цитрогипса) повышает энергетические затраты на производство и затраты на сырье – гипсовое вяжущее. При полном исключении цитрогипса и пенообразователя на поверхности изделии наблюдается появление дефектов.
Увеличение дозировки раствора пенообразователя выше 18,4 % или концентрации пенообразователя выше 0,5 % не способствует повышению физико-механических (средняя плотность, прочность) характеристик изделий, но отрицательно сказывается на их себестоимости.