Гипсосодержащие материалы на основе местного и вторичного сырья в Узбекистане

DOI: 10.32743/UniTech.2021.84.3-2.26-29

АННОТАЦИЯ

В связи с ростом промышленного, гражданского и жилищного строительства в Узбекистане резко увеличился спрос на отделочные строительные материалы на цементной и гипсовой основе. Наиболее широкое применение для внутренней отделки строящихся зданий получили материалы на основе гипса. Статья посвящена этому материалу.

ABSTRACT

In connection with the growth of industrial, civil and housing construction in Uzbekistan, the demand for finishing building materials based on cement and gypsum has sharply increased. The most widely used materials for the interior decoration of buildings under construction are materials based on gypsum. The article is dedicated to this material.

Ключевые слова: гипсовая система, наполнитель, гидрофобизатор, пеногаситель, термостойкост портландцемент, гашеная известь, молотый кремнезем.

Keywords: Gypsum system, filler, water repellent, defoamer, heat resistance Portland cement, slaked lime, ground silica.

С обретением независимости и становлением рыночных отношений в Республике Узбекистан произошли коренные изменения во всех отраслях промышленного производства, в том числе и в сфере строительной индустрии. В связи с ростом промышленного, гражданского и жилищного строительства резко увеличился спрос на отделочные строительные материалы на цементной и гипсовой основе. Наиболее широкое применение для внутренней отделки строящихся зданий получили материалы на основе гипса [1]. Их преимуществами являются значительно меньший, чем для получения извести и цемента, расход топлива при производстве, достаточно высокая прочность, быстрота твердения и быстрый набор прочности. Гипсовые и гипсоизвестковые штукатурки обладают низкой теплопроводностью, способны обеспечить оптимальную влажность воздуха в помещении, расход материала на единицу обрабатываемой поверхности значительно меньше по сравнению с известково-цементными штукатурками. Гипсовые шпатлевки отличаются практически полным отсутствием усадки, вследствие чего обладают повышенной трещиностойкостью, хорошей адгезией и шлифуемостью. Они совместимы со всеми видами воднодисперсионных красок строительного назначения. Недостаточное применение гипсовых вяжущих обусловлено их низкими значениями прочности и водостойкости, а также отсутствием на внутреннем рынке качественных модифицирующих химических добавок, необходимых для придания смесям специальных свойств (водо- и атмосферостойкость, жизнестойкость).

Обобщенная рецептура гипсовой системы, используемой для получения как изделий, так и неорганических порошковых композиционных материалов на её основе. Она состоит, в основном, из гипсового вяжущего, куда вводятся различные наполнители, заполнители и модификаторы:

• гипсовое вяжущее (возможна добавка извести, портландцемента);
• наполнитель/заполнитель;
• замедлитель схватывания;
• водоудерживающая и/или реологическая добавка;
• гидрофобизатор;
• пеногаситель (при необходимости);
• воздухововлекатель (при необходимости).

Для производства гипсовых вяжущих веществ [6] в качестве основного сырья применяют природные двуводный гипс, ангидрит, глиногипс, а также некоторые отходы промышленности, состоящие в основном из двуводного или безводного сернокислого кальция или их смеси (фосфогипс, борогипс, цитрогипс и др.).

Отходы производства фосфорных удобрений и экстракционной фосфорной кислоты содержат примеси фтора, фосфорной кислоты, натрия, калия, которые загрязняют окружающую среду. Интенсификация развития сельского хозяйства влечет еще больший рост производства фосфорных удобрений, и, следовательно, увеличение отходов фосфогипса. Поэтому решение проблемы утилизации этих отходов приобретает важное значение для развития экономики страны и улучшения экологической обстановки в регионе [2, 5]. К наиболее перспективным из наметившихся направлений утилизации фосфогипса следует отнести переработку его на фосфогипсовые вяжущие, которые пригодны для изготовления широкого ассортимента строительных изделий, сухих строительных смесей, наливных полов и др. [3, 4].

По себестоимости гипсовые материалы на основе фосфогипсовых вяжущих примерно в два раза дешевле смесей, полученных из природного гипса, так как при их производстве исключаются стадии добычи, дробления и помола породы, которые являются наиболее энергоемкими при производстве гипсовых вяжущих. В связи с тем, что в отвалах фосфогипс хранится уже несколько десятилетий, за счет атмосферных осадков, испарения, выветривания, длительного вылеживания он приобретает новые свойства, отличающие его от свежеполученного по содержанию фтора, водорастворимых соединений Р₂0₅ и солей щелочных металлов.

Наполнители и заполнители при получении композиционных гипсосодержащих материалов строительного назначения используются для придания гипсовым вяжущих специальных свойств, а именно: для повышения прочности, атмосферо-, водо- и термостойкости, а также для экономии самого гипсового вяжущего. В качестве наполнителей и заполнителей используются портландцемент, гашеная известь, молотые кремнезем- и карбонат содержащие материалы, зола ТЭЦ, тонкомолотые доменные шлаки и др.

В зависимости от вида наполнителей и заполнителей, меняя их содержание и соотношение, можно получать композиции, характеризующиеся специальными свойствами, присущими каждому компоненту. Смешивая глиноземистый цемент с высокопрочным или строительным гипсом и высокоосновным гидроалюминатом в точно установленных весовых соотношениях, получают водостойкий расширяющийся цемент (ВРЦ), предложенный В.В. Михайловым [7].

А.В.Волженский предложил гипсоцементнопуццолановые (ГЦП) и гипсошлакоцементпуццолановые вяжущие (ГШЦП), представляющие собой смеси строительного или высокопрочного гипса с портландцементом или шлакопортландцементом и пуццолановой добавкой. Для них показательны быстрый рост прочности, обусловленный наличием полуводного гипса, и способность твердеть во влажных условиях подобно гидравлическим цементам [6].

Для улучшения строительно-технических свойств композиционных гипсосодержащих материалов строительного назначения используются различные добавки модификаторы, которые, в зависимости от назначения, подразделяются на:

• модифицирующие добавки - регуляторы реологических свойств;
• модифицирующие добавки - регуляторы процессов схватывания и твердения;
• модифицирующие добавки - регуляторы структуры; модифицирующие добавки специального назначения;
• модифицирующие добавки полифункционального действия.

Наиболее существенной задачей в области получения гипсосодержащих композиционных материалов строительного назначения является повышение жизнестойкости, атмосферостойкости и долговечности изделий из гипсовых вяжущих. Это становится возможным при использовании механоактивирования, т.е. более тонкого измельчения исходных компонентов или путем введения в состав добавок, повышающих водостойкость гипса. К таким добавкам относятся портландцемент, активные минеральные добавки, золы, шлаки и т.д.

На основе результатов проведенного анализа литературных источников и патентно-информационного поиска было сделано заключение, что для получения высокоэффективных композиционных смесей на основе гипсовых вяжущих строительного назначения наиболее перспективным являются:

• применение механоактивирования сырьевых компонентов (гипс, ангидрит, наполнители);
• использование химических добавок для увеличения жизнестойкости, пластичности и удобоукладываемости растворов на основе гипсосодержащих материалов;
• использование для приготовления гипсового вяжущего отходов промышленности - фосфогипса, природного ангидрита и ангидрита, являющегося отходом керамической промышленности;
• подбор рационального гранулометрического и вещественного состава мелкого заполнителя и наполнителя на основе местных песков и отходов камнеобрабатывающей промышленности.

Основными процессами в производстве порошковых неорганических композиционных материалов являются тонкий помол и классификация молотого материала, которая позволяет получить порошок узких классов крупности. Повышенные требования к заданному гранулометрическому составу, а также тонкости помола вяжущего и наполнителя, ставят жесткие условия режима работы измельчающего и помольного оборудования, которое должно обеспечить тонкость помола свыше 5000 см²/г. Это является одним из основных требований при получении порошковых неорганических композиционных материалов, отвечающих требованиям мировых стандартов. Для повышения строительно-технических свойств порошковых неорганических композиционных материалов (прочности, плотности, растекаемости, адгезии, атмосферо- и морозостойкости) предлагается механохимическая активация исходных компонентов для их производства (гипса, фосфогипса, гипсопуццоланового цемента, наполнителей и т.д.), что до настоящего времени также не применялось в производстве порошковых неорганических композиционных материалов.

Принципиальная технологическая схема производства порошковых неорганических композиционных материалов, модифицированных химическими добавками, состоит из следующих участков:

• участок подготовки (тонкого измельчения) наполнителя;
• участок смешивания компонентов;
• участок выпуска готовой продукции;
• участок расфасовки.

В повышении научно-технического уровня технологии получения порошковых неорганических композиционных материалов важное место принадлежит процессу измельчения, который оказывает значительное влияние на строительно-технические свойства вяжущих и характеризуется высоким уровнем (до 30-40 %) энерго-, металло- и капитальных затрат от общих затрат на их производство. Основными требованиями к процессу помола является рациональный зерновой состав вяжущих, высокая энергетическая эффективность и надежность при минимальных трудовых и материальных затратах.

Тонкое измельчение, наряду с уменьшением крупности частиц, сопровождается рядом физических и физико-химических эффектов, влияющих как на эффективность самого процесса, так и на физические свойства измельченных материалов [8]. Механическая активация способствует повышению активности измельчаемого материала в результате возникновения различного рода дефектов, увеличения числа активных центров на поверхности частиц и т.д. Эффективность механоактивации при этом выражается в увеличении удельной поверхности, повышении класса 10- 30 мкм, а также в увеличении гидравлической активности вяжущего.

Основная часть работ, проводимых в области механоактивирования неорганических строительных материалов, выполнялась для цемента. Работ по механоактивированию неорганических строительных материалов на основе гипсовых вяжущих не так много

Классификация гипсовых вяжущих проводится не только по их прочностным показателям, но и по степени помола - подразделяются на вяжущие грубого, среднего и тонкого помола [9].

Выводы

1. Проанализировав экономические, экологические и технологические аспекты в качестве исходных сырьевых материалов для производства модифицированных неорганических порошковых композиционных материалов строительного назначения на основе местных сырьевых материалов и индустриальных отходов, отвечающих по своим показателям (прочность, жизнестойкость, адгезия, атмосферо-, водо-, морозо- и биостойкость) требованиям мировых стандартов, принять гипсовые породы разных месторождений Узбекистана, фосфогипс - отход производства экстракционной фосфорной кислоты, наполнители и заполнители из речных и барханных песков, известняка и мраморной крошки - отходы камнеобрабатывающей промышленности.
2. Для улучшения строительно-технических и реологических свойств разрабатываемых порошковых композиционных материалов на основе гипсовых и фосфогипсовых вяжущих были выбраны добавки-модификаторы для повышения жизнестойкости (увеличения сроков схватывания), улучшения реологических свойств, водо, атмосферо- и биостойкости.
3. Наиболее эффективным способом получения тонкоизмельченного порошкового материала, состоящего из нескольких компонентов, является его механоактивирование в дисмембраторе, где происходит тонкое измельчение материала за короткое время.

Список литературы:

1. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение): Справочник/ Под общей редакцией А.В. Ферронской. - М.:АСВ, 2004.
2. Иваницкий В.В., Классен П.В., Новиков А.А. и др. Фосфогипс и его использование. - М., 1990.
3. Терсин В.А., Трошин М.А. Гипс, его исследование и применение //Мир серы, N, Р, К, 2005. - № 6.
4. Сычева Л.И., Цепелева Е.Ю., Антоничева Н.Б. Использование гипсосодержащих отходов в производстве строительных материалов //Тр. ВНИИЭСМ. - Сер. 11.- Вып. 1
5. Мещеряков Ю.Г., Федоров С.В. Энергосберегающие технологии переработки фосфогипса и фосфополугидрата //Строительные материалы, 2005.-№ 11.
6. Волженский А.В., Буров Ю.С., Колокольников B.C. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1973.
7. Михайлов В.В., Литвер С.Л. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряженные железобетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1974.
8. Осокин А.П., Арзамасцев Г.И., Пироцкий В.З. Механоактивация портландцементного клинкера при совместном помоле с твердыми минеральными добавками // Тр. ВНИИцемента, 1983. - Вып. 73.
9. Гонтарь Ю.В., Чалова А.И. Сухие строительные смеси на основе гипсовых вяжущих // Тр. ВНИИСтромпроекта, 1998. - Вып. 42.
10. Kholmurodova D.K., Negmatov. S.S., Boydadaev M.В.  Esearch influence of humidity of resined screw-polymer weight on parameters of physical and mechanical properties of composite wood and plastic plate materials. International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology, Vol.6, Issue 8, August 2019 ISSN:2350-0328. (05.00.00 №8)