Происхождения добавок (химические, минеральные, органические)

Корректирование свойств строительных материалов добавками.

 Корректирование свойств изделийна основе гипсовых вяжущих добавками, снижающими водопотребность гипсового теста.

Пояснительная записка

КР-2069823-08.03.01-СТп-10-18

Выполнил:

студент гр. СТп-14                                                                   А.А. Тешаев

Руководитель:

к.т.н., доцент                                                                             И.А. Макарова

Братск 2018

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Строительное материаловедение и технологии»

                                                     ЗАДАНИЕ №10         

на курсовую работу по дисциплине «Минеральные, химические и поверхностно-активные добавки для строительных материалов»

Студенту ТешаевуА.А.__________________Группы___СТп-14________

Тема работы: Корректирование свойств строительных материалов добавками.

 Корректирование свойств изделий, на основе гипсовых вяжущих добавками, снижающими водопотребность гипсового теста.

Содержание пояснительной записки:

1. Наименование добавок, нормативная документация и общая характеристика.

2. Происхождения добавок (химические, минеральные, органические)

3. Внешний вид и состав добавок (химический, минеральный, групповой и вещественный)

4. Рекомендуемая дозировка. Особенности приготовления и технология ввода добавок в сырьевые смеси. Технологическая схема и оборудование.

5. Свойства изделий на основе гипсовых вяжущих с добавками.

6. Технико-экономический эффект.

7. Область применения материалов с добавками.

Курсовая работа оформляется на листах формата А4 объёмом 25…30 страницв соответствии с требованиями, установленными стандартами ФГБОУ ВО«БрГУ»

Дата выдачи задания____________________________________________________

Дата предоставления работы руководителю_________________________________

Руководитель контрольной работы:

Доцент кафедры СМиТ, к.т.н.________________________________И.А.Макарова

Содержание

Введение. 4

1 Наименование добавок, нормативная документация и общая характеристика. 5

2 Происхождения добавок (химические, минеральные, органические) 8

3 Внешний вид и состав добавок (химический, минеральный, групповой и вещественный) 11

4 Рекомендуемая дозировка. Особенности приготовления и технология ввода добавок в сырьевые смеси. Технологическая схема и оборудование. 13

5 Свойства изделий на основе гипсовых вяжущих с добавками. 17

6 Область применения материалов с добавками. 19

Заключение. 21

Список использованных источников. 22

Введение

Производство вяжущих материалов является основой современного строительства. Одним из таких материалов является гипс.

Гипс – это сульфат кальция, который может встречаться в различных видах гидратного положения в связи с кристаллизационной водой, а также и без кристаллизационной воды. Гипсовый камень, который встречается в природе, является дигидратом сульфата кальция (СаSО₄ • 2Н₂O).Имеющаяся вприроде свободная от кристаллизационной воды форма сульфата кальция является ангидритом (СаSО₄). Оба минерала в течение геологических процессов образовались по всему миру и в больших количествах, они добываются и находят техническое применение во всем мире. Кроме того, гипс или ангидрит получают в больших количествах как промышленный побочный продукт.

Гипс издавна используется вкачестве строительного материала и материала для других нужд. Его использование возможно за счет легкости процесса обезвоживания (дегидратации) дигидрата сульфата кальция, например, гипсового камня. При этом химически связанная с СаSО₄вода частично или полностью вытесняется.

В структуре цены отечественных сухих строительных смесей (ССС) модифицирующие импортные добавки составляют около 80%, что делает зависимым производство декоративных смесей от зарубежных поставок. Использование местных минерально-сырьевых ресурсов в качестве сырья для производства добавок для декоративных смесей позволит либо отказаться от применения импортных модифицирующих добавок, либо снизить их расход.

Наименование добавок, нормативная документация и общая характеристика

Специальные добавки

Гипсовые отвердители могут использоваться как в виде обмазки затвердевшего гипсового изделия, так и в качестве добавок при получении гипсового теста. Они позволяют повышать поверхностную твердость (например, при заделке швов) или общую. Последнее имеет значение дляизготовления тонкопрофильных изделий. В качестве обмазки для повышения поверхностной твердости употребляются фторсиликаты, растворы сульфата меди, двухвалентного железа и цинка, растворимое стекло. Добавками, повышающими общую твердость, являются декстрин, гидроксид кальция, концентрированный раствор сульфата магния, калиево-алюминиевые квасцы, бура, разбавленный спирт, активная кремнекислота, меламиновая смола.

В качестве красящих пигментов для гипсовых вяжущих применяются, например, оксид железа черный, красный, желтый и оксид хрома зеленый. При этом возможно повышение прочности при сжатии.

Глиноподобную пластичность гипсовое тесто обретает при добавлении к нему коллоидного водного экстракта тиссового корня, одновременно удлиняются сроки схватывания. Особые свойства гипсового теста обусловливаются при этом образованием пластинчатых кристаллов и значительного количества гипсового геля.

Гипсовые вяжущие вещества – тонкоизмельченные продукты, получаемые путем тепловой обработки природного гипсового камня, природного ангидрита, а также различных отходов химического производства, способные после затворения водой быстро схватываться, твердеть и превращаться в камень на воздухе (4-30 минут). Способность к твердению им придает сернокислый кальций.

Водопотребность гипсовых вяжущих материалов изменяется от 30-40 до 60-70% в зависимости от условий обжига и дисперсности. Большая разница между водопотребностью и количеством воды, необходимым на гидратацию полугидрата (менее 20%), является причиной значительной пористости гипсового камня, доходящей до 50%. Пористость камня ниже, а прочность выше у вяжущего с меньшей водопотребностью.

Водопотребность гипсовых вяжущих зависит от способа их получения, формы и размеров кристаллов и плотности кристаллических сростков, тонкости помола, наличия примесей и введенных добавок, температуры гипса и воды затворения и т.д. Количество воды, необходимой для получения теста нормальной густоты, обычно колеблется в пределах 50-80% для строительного гипса и 35-45% для высокопрочного. Водопотребность может быть снижена за счет добавки сульфитно-спиртовой барды, смеси извести с глюкозой, мелассы, декстрина и ряда других веществ. Для гидратации полуводного гипса и превращения его в двуводный необходимо 18,6% воды от веса полуводного гипса.

Избыточное количество воды остается в порах затвердевшего материала, а затем испаряется. В результате пористость затвердевшего строительного гипса составляет примерно 50-60%. Чем меньше воды было взято для затворения, тем плотнее получается гипсовое изделие и тем больше его прочность [2].

Отличительными особенностямигипсовых вяжущих являются быстрое схватывание, твердение, увеличение объема при твердении на воздухе до 0,3%(это позволяет широко использовать гипс для отливки декоративно-художественных изделий сложной формы, а также применять его без заполнителей, не боясь растрескивания от усадки).

Недостаткигипсовых вяжущих – повышенная гигроскопичность, низкая водостойкость, значительные деформации под нагрузкой (ползучесть) влажного гипсового камня, коррозия стальной арматуры в гипсовых изделиях. Для повышения водостойкости гипсовых вяжущих при изготовлении вводят полимерные и гидрофобизирующие добавки, проводят интенсивное уплотнение смесей с пониженным водосодержанием.

Применение– при производстве гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, гипсобетонных перегородочных панелей и блоков, декоративных и звукопоглощающих изделий, для приготовления штукатурных растворов для внутренних частей зданий, работающих при относительной влажности воздуха не более 60%, а также в качестве добавки к другим вяжущим (расширяющийся цемент, гипсоцементно-пуццолановое вяжущее).

Для замедления схватывания гипсовое вяжущее затворяют водой с добавкой животного клея или органических клееподобных веществ, понижающих растворимость полугидрата.

Марочную прочность гипсовых вяжущих определяют после 2-х часов твердения образцов на воздухе. Образцы (балочки размером 4х4х16 см, изготовленные из теста стандартной консистенции) испытывают на изгиб, а их половинки — на сжатие. Стандартом предусмотрены 12 марок гипсовых вяжущих – от Г-2 до Г-25. Цифры в обозначении марки показывают минимальный предел прочности при сжатии в МПа. Для каждой марки регламентируется минимальная прочность при изгибе в пределах соответственно от 1,2 до 8 МПа. Строительный гипс соответствует гипсовым вяжущим невысоких марок по прочности Г-2...Г-7, а высокопрочный — высоких марок от Г-10 Г-25. Маркировка гипсового вяжущего содержит информацию о прочности, сроках схватывания и дисперсности.

Сухие строительные смеси (ССС) представляют собой смесь вяжущих, заполнителей и различных добавок. В настоящее время широко применяются ССС на основе гипсового вяжущего. Гипсовые материалы обладают достаточными показателями прочности на сжатие и изгиб, высокими теплои звукоизоляционными свойствами. Изделия из гипсового вяжущего благодаря природному свойству гипса поглощать и отдавать влагу, обеспечивают оптимальный уровень влажности в жилых помещениях. Рецептурами большинства видов ССС предусматривается применение пластифицирующих, водоудерживающих добавок и редиспергируемых полимерных порошков [2].

Добавки. Для снижения расхода вяжущих и регулирования их свойств применяются минеральные природные и искусственные и органические добавки, которые делятся на добавки активные минеральные, добавки-наполнители, добавки — ускорители твердения и замедлители схватывания вяжущих, поверхностно-активные добавки.

Активные минеральные добавки представляют собой тонкоизмельченные природные или искусственные минеральные вещества, которые при смешивании или совместном помоле с вяжущими придают им способность к гидравлическому твердению или повышают стойкость вяжущих в агрессивной среде.

Природные активные минеральные добавки получают помолом диатомитов, трепелов, опок, туфа, пемзы, вулканического стекла. К искусственным активным минеральным добавкам относят: доменные гранулированные шлаки, отходы глиноземного производства — белитовый (нефелиновый) шлам, топливные золы, керамические отходы. Активные минеральные добавки измельчают до такого состояния, когда при просеивании пробы через сито № 008 (диаметр отверстия 0,08 мм) остаток не превышает 15% массы пробы [2].

Гипсовые вяжущие вещества – это воздушные вяжущие вещества состоящие преимущественно из полуводного гипса и получаемые путем тепловой обработки гипсового камня при температуре 150…160 °С.

Изготавливаются гипсовые вяжущие вещества из гипсового камня содержащий в основном двуводный гипс (CaSO₄ • 2H₂O), ангидрита (CaSO₄) и некоторых отходов химической промышленности (содержащие в основном безводный или двуводный сульфат кальция). При этом двуводный гипс (CaSO4 • 2H2O),содержащийся в гипсовом камне, дегидратирует по уравнениюCaSO₄·2H₂O=CaSO₄·0,5H₂O+1,5H₂O.

В этих условиях образуются мелкие кристаллы полуводного сернокислого кальция β-модификации. Такой гипс обладает повышенной водопотребностью (60…65% воды). Избыточная вода, то есть сверхпотребная на гидратацию гипса (15%), испаряется образуя порывследствие чего затвердевший гипс имеет высокую пористость (до 40%) и соотвественно небольшую прочность.

Гипсовые вяжущие вещества делят в основном на две группы: низко обжиговые и высокообжиговые. Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества получают при нагревании двуводного гипса CaSO₄·2H₂O до температуры 150…160°С с частичной дегидратациейдвуводного гипса и переводом его в полуводный гипс CaSO₄·0,5H₂O.

Высокообжиговые (ангидритовые) вяжущие получают путем обжига двуводного гипса при высокой температуре (700…1000°С), с полной потерей химически связанной воды и образованием безводного сульфата кальция –ангидрита CaSO₄.

Сухие строительные смеси в настоящее время являются перспективными строительными материалами.

На основе таких минеральных вяжущих, как гипс, цемент или известь, строительные растворные смеси более 8000 лет используются в строительстве зданий и сооружений. Они применяются, главным образом, для оштукатуривания стен (штукатурные растворные смеси) и для кладки камня и кирпича (строительный кладочный раствор). Сухие строительные смеси (ССС) – это смеси, состоящие из вяжущих веществ, заполнителей, наполнителей и функциональных добавок, приготовленные в промышленных условиях, при затворении необходимым количеством воды образуют растворные смеси для применения на местах производства строительных работ.

Во всем мире сухие смеси давно пользуются заслуженной популярностью, поскольку считаются высокоэффективными и обладают неоспоримыми преимуществами по сравнению с традиционными смесями песка и цемента.

Минеральные вяжущие вещества подразделяют на гидравлические и вещества воздушного твердения. К гидравлическим относятся различные виды цементов.

Цементы – это собирательное название искусственных неорганических вяжущих материалов.

При смешивании с водой или другими жидкостями цементы образуют пластичную массу, которая со временем затвердевает и превращается в прочное камневидное тело.

Существует несколько разновидностей цемента: безусадочный, быстросхватывающийся, водонепроницаемый расширяющийся, высокоглиноземистый, глиноземистый, гидротехнический, гипсоглиноземистый расширяющийся, гипсошлаковый, зольный, кислотоупорный, кладочный низкомарочный, напрягающий, нефелиновый.

К воздушным вяжущим относят вещества на гипсовой или известковой основе.Гипсовые вяжущие — это полуводный гипс, гипсоцементно-пуццолановые вяжущие, фосфогипс, фторогипс, цемент ангидритовый, эстрихгипс.

Известковые вяжущие – это вещества, получаемые обжигом известняка с активными добавками в виде шлака, золы или глины и последующим помолом. При совместном помоле извести и нефелинового шлама получают гидравлический нефелиновый вяжущий материал.

Гипс (природный гипсовый камень) – сульфатная горная порода осадочного (химического) происхождения, состоящая из двуводного сульфата кальция, белого или светло-серого цвета. Обладает способностью к дегидратации при температуре 100-105°С с частичной или полной потерей кристаллизационной воды.

Гипсовые вяжущие – воздушные вяжущие вещества, состоящие из полуводного гипса или ангидрита, которые получаются путем тепловой обработки гипсовой породы, с предварительным или послеобжиговым помолом до порошкообразного состояния. Гипсовые вяжущие используют: для изготовления форм и моделей (в керамической, машиностроительной и ювелирной промышленности); для изготовления строительных изделий, декоративных деталей; штукатурных и лепных работ, заделки швов; а также в составе сухих смесей. Сырьем для производства гипсовых вяжущих служат природный гипсовый или ангидритовый камень; гипсосодержащие отходы различных отраслей промышленности. К гипсовым вяжущим относят: полуводный гипс (альфа и бета модификации), ангидрит, эстрих-гипс, вяжущие на основе техногенного сырья (в том числе, фосфогипс) и др.

Гипсовое вяжущее или гипсовый камень применяется, в основном, в строительстве, медицине, прикладном и декоративном искусстве, сельском хозяйстве, цементной и химической промышленности. Гипс и изделия на его основе обладают рядом ценных свойств. Гипс не имеет запаха, не содержит и не выделяет вредных для здоровья субстанций, не является аллергеном. Благодаря макропористой структуре гипсосодержащие изделия способны регулировать влажность воздуха в помещениях: забирать из воздуха избыточную влажность, накапливать ее и отдавать при вентилировании помещения. Гипсовые покрытия содержат до 20% кристаллизационной воды, которую можно рассматривать как «встроенный источник» для замедления горения (или тушения огня) при пожаре. Гипссодержащие материалы, имея невысокую теплопроводность и низкий коэффициент теплоусвоения, являются «теплыми на ощупь», то есть повышают общее ощущение комфорта. Именно эти свойства делают гипсосодержащие материалы привлекательными для строителей, дизайнеров интерьеров и архитекторов.

Происхождения добавок (химические, минеральные, органические)

Для получения сухих гипсовых смесей необходимо использовать добавки, регулирующие пластические свойства, повышающие водоудерживающую способность и замедляющие сроки схватывания, что обеспечивает увеличение жизнеспособности гипсовых растворов. в данной работе исследованы сухие строительные смеси, основу которых составлял гипс марки Г-6.

В составе штукатурных и шпатлевочных смесей, как правило, присутствуют порошкообразные наполнители, которые позволяют уменьшить количество гипсового вяжущего [9].

Тонкодисперсный наполнитель заполняет полости между кристаллами дигидрата сульфата кальция, что способствует увеличению прочности контактов между кристаллами, повышению плотности и, как следствие, повышению прочности и долговечности затвердевших отделочных составов. степень наполнения и удельная поверхность карбонатных наполнителей оказывают влияние и на водопотребность смесей. при введении в состав 5—20% тонкомолотого известняка водопотребность смеси снижается на 10—15%.

Применение гипсовых вяжущих в строительстве имеет тысячелетнюю историю, начавшуюся еще до нашей эры. Такие материалы традиционно использовали в Древнем Египте, Персии, Риме, Греции при возведении зданий и сооружений, многие из которых сохранились до наших дней. Использование составов на основе гипсовых вяжущих обусловлено во многом совокупностью положительных свойств, присущих данной группе вяжущих. В первую очередь, это отсутствие усадочных деформаций, быстрый набор прочности, хорошие тепло- и звукоизолирующие свойства, достаточная огнестойкость. Так как применение ориентировано в основном на производство внутренних работ, то к привлекательным свойствам добавляются также хорошие экологические характеристики и высокая паронепроницаемость.

Однако несмотря на многовековой опыт использования и высокие потребительские свойства современное применение составов на основе наиболее доступного в России гипсового вяжущего бета-полугидрата ограничивается штукатурками и шпаклевками для помещений с нормальным режимом эксплуатации. В основном это связано с тем, что материалы имеют низкую водостойкость.

На сегодняшний день анализ, разработка и усовершенствование рецептур является вопросом, интересующим большинство производителей сухих строительных смесей. Наиболее важным фактором в оптимизации составов является уменьшение расхода вяжущего и снижение себестоимости конечной продукции. Очень часто производители пытаются улучшить качество смеси за счет введения либо повышенного количества вяжущего, любо сложного комплекса дорогостоящих химических добавок. Однако каждая добавка имеет свой механизм взаимодействия с вяжущим, и, как правило, проявляет как положительные, так и отрицательные эффекты. При использовании большого количества добавок происходит колоссальное увеличение себестоимости сухой смеси и заметное ухудшение ее рабочих характеристик. Поэтому важным вопросом является разработка составов сухих строительных смесей на основе гипса с максимальным использованием местных сырьевых ресурсов и оптимальным содержанием эффективных продуктов строительной химии различного функционального назначения.

В течение многих тысяч лет архитектура и строительство зданий и сооружений были тесно связаны с использованием минеральных строительных растворных смесей. Известковые штукатурные растворы известны более 8000 лет, а гипсовые растворы использовались жителями Вавилона около 6000 лет назад. Строительные растворные смеси на основе пуццоланы (измельчённый вулканический пепел) гидравлического схватывания, по всей видимости, были известны более 3000 лет назад и использовались древними финикийцами, греками и римлянами. В античные времена и средние века для улучшения технических характеристик производимых строительных растворов использовались добавки и присадки, такие как мыло разных видов, смолы, белки и зола; они перемешивались на строительной площадке с минеральными вяжущими веществами и заполнителями [9].