СЫРЬЕВАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПРЕССОВАННЫХ ГИПСОВЫХ ИЗДЕЛИЙ И СПОСОБ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК C04B28/14 C04B38/10 C04B111/20 B28B5/00 

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.

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/м³) смешивают с водой с последующим введением модифицированного гипсового вяжущего, полученного обжигом цитрогипса во вращающейся печи при температуре 120-140 ^оС, с удельной поверхностью 600-650 м²/кг и формуют пресс-формах под давлением 10 МПа, с выдерживанием изделий при указанном давлении 30 сек. (Патент RU № 2693808 (С1), опубл. 04.07.2019, бюл. № 19).

Основными недостатками данного состава и способа являются низкая прочность, повышенный расход вяжущего, повышенные энергетические затраты на прессование, необходимость использования перлитовой пыли, что повышает затраты на сырье, связанные с закупкой и транспортировкой перлитовой пыли, ограниченная сырьевая база цитрогипса.

Изобретение направлено на повышение прочности изделий, снижение расхода вяжущего, снижение энергетических затрат на прессование, снижение износа оборудования и затрат на сырье, расширение сырьевой базы.

Это достигается тем, что сырьевая смесь для прессованных гипсовых изделий содержит вяжущее, наполнитель и воду, при этом в качестве вяжущего используется гипсовое вяжущее, полученное обжигом фосфогипса при температуре 175 ^оС, в качестве наполнителя – фосфогипс с размером частиц не более 112 мкм, 1%-ный водный раствор пенообразователя «Пеностром», изготовление смеси осуществляется при следующих массовых соотношениях сырьевых компонентов, %:

гипсовое вяжущее – 61–69;

фосфогипс – 8–16;

1%-ный водный раствор пенообразователя – остальное

Способ изготовления гипсового камня, включает приготовление формовочной массы, формование, выпрессовку, сушку, при этом приготовление формовочной массы осуществляется в следующей последовательности: приготовление сырьевой смеси путем смешивания вяжущего и наполнителя, приготовление 1%-го водного раствора пенообразователя, добавление сырьевой смеси в раствор пенообразователя, перемешивание, формование в металлической пресс-форме под давлением 3-5 МПа, с выдерживанием изделий при указанном давлении 30 сек, выпрессовку и сушку в естественных условиях до постоянной массы.

Характеристики используемых материалов.

1. Наполнитель – отход производства удобрений из фосфоритной породы – фосфогипс, с размером частиц не более 112 мкм. Химический состав фосфогипса представлен в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав фосфогипса

Содержание оксидов, % SO₃ CaO SrO P₂O₅ CeO₂ MgO остальное 48,84 46,44 2,52 0,68 0,36 0,15 1,01

2. Гипсовое вяжущее – обожжённый фосфогипс с удельной поверхностью 350-400 м²/кг.

Гипсовое вяжущее получаем путем обжига фосфогипса при температуре 175 ^оС.

1. Пенообразователь «Пеностром». Характеристики пенообразователя приведены в таблице 2.

Таблица 2

Характеристики пенообразователя Пеностром

Показатели Значения Плотность при 20 ^оC, кг/м³ в пределах – 1020-1090 Водородный показатель (pH) 1% водного раствора в пределах – 7,5-10,0 Кинематическая вязкость, при 20 ^оC, мм²·с^-1 не более – 40 Температура застывания, ^оC 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. Водовяжущее
отношение Давление прессования, МПа Предел прочности при сжатии через 2 часа после прессования, МПа Предел прочности при
сжатии сухих изделий, МПа Гипсовое вяжущее Перлитовая пыль Фосфогипс Вода 1 %-й раствор пенообразователя исследуемый состав №1 69 – 8 - 23 – 5 17 26 исследуемый состав №2 61 – 16 - 23 – 3 15 24 прототип 83 1,5 – 15,5 – 0,18-0,19 10 15-16 19-20

Пример (таблица 3 состав №1): фосфогипс в количестве 0,8 кг (8 %) по массе и гипсовое вяжущее в количестве 6,9 кг (69 %) по массе, смешивают до получения однородной массы. Далее полученная сырьевая смесь засыпается в заранее приготовленный 1%-ный водный раствор пенообразователя «Пеностром», взятый в количестве 2,3 л (23 %) по массе с последующим тщательным перемешиванием до получения однородной формовочной массы. После чего полученная формовочная масса направляется в металлическую пресс-форму и производится прессование под давлением 3 МПа, длительность выдерживания под указанным давлением составляет 30 сек, далее осуществляется выпрессовка и сушка в естественных условиях до постоянной массы.

Разработанный способ изготовления изделий при предлагаемом соотношении компонентов, наличие в системе фосфогипса как наполнителя, а также раствора пенообразователя снижают трение формовочной смеси о стенки формы, что способствует более однородному уплотнению формовочной массы, росту средней плотности гипсового изделия и, как следствие, росту его прочности.

Введение в состав сырьевой смеси фосфогипса также способствует снижению себестоимости изделия за счет сокращения расхода гипсового вяжущего и затрат, связанных с закупкой и транспортировкой перлитовой пыли.

Исходя из того, что фосфогипс представляет собой отход, накопление которого, в отличии от цитрогипса, повсеместно распространены по всему миру, данное изобретение, также позволяет значительно снизить нагрузку на окружающую среду и расширить сырьевую базу регионов.

Применение указанного давления (3-5 МПа) и режима формования изделий способствует уменьшению износа оборудования и снижению энергетических затрат.

Снижение давления прессования ниже 3 МПа и повышение содержание наполнителя (фосфогипса) в системе выше 16 % способствует снижению средней плотности изделий и, как следствие, прочности, ниже значений прочности прототипа. В тоже время, увеличение давление прессования выше 5 МПа и снижение содержания наполнителя (фосфогипса) повышает энергетические затраты на производство и затраты на сырье – гипсовое вяжущее. При полном исключении фосфогипса и пенообразователя, из-за высокой адгезии гипсового вяжущего к металлической форме, увеличивается количество дефектов на поверхности изделии.

Увеличение концентрации пенообразователя не способствует повышению физико-механических (средняя плотность, прочность) характеристик изделий, но отрицательно сказывается на их себестоимости.

Группа изобретений относится к области производства строительных материалов и может быть использована при производстве гипсовых изделий. Сырьевая смесь для прессованных гипсовых изделий содержит, мас.%: гипсовое вяжущее, полученное обжигом фосфогипса при температуре 175^оС, 61-69, наполнитель - фосфогипс с размером частиц не более 112 мкм 8-16, 1%-ный водный раствор пенообразователя «Пеностром» - остальное. Способ изготовления прессованных гипсовых изделий из указанной выше смеси включает смешивание фосфогипса с гипсовым вяжущим, введение полученной сырьевой смеси в 1%-ный водный раствор пенообразователя, перемешивание, формование в металлических пресс-формах под давлением 3-5 МПа с выдерживанием при указанном давлении 30 с, выпрессовку и сушку изделий в естественных условиях до постоянной массы. Технический результат – повышение прочности изделий, снижение расхода вяжущего, снижение энергетических затрат на прессование и износ оборудования. 2 н.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.

1. Сырьевая смесь для прессованных гипсовых изделий, содержащая вяжущее, наполнитель и раствор пенообразователя, отличающаяся тем, что в составе сырьевой смеси используется гипсовое вяжущее, полученное обжигом фосфогипса при температуре 175 ^оС, в качестве наполнителя – фосфогипс с размером частиц не более 112 мкм, 1%-ный водный раствор пенообразователя «Пеностром», изготовление смеси осуществляется при следующих массовых соотношениях сырьевых компонентов, %:

гипсовое вяжущее 61-69 фосфогипс 8-16 указанный 1%-ный водный раствор пенообразователя остальное

2. Способ изготовления прессованных гипсовых изделий по п. 1, включающий приготовление формовочной массы, формование, выпрессовку, сушку, отличающийся тем, что приготовление формовочной массы осуществляется в следующей последовательности: смешивание фосфогипса с гипсовым вяжущим, введение полученной сырьевой смеси в 1%-ный водный раствор пенообразователя, перемешивание, формование в металлических пресс-формах под давлением 3-5 МПа, с выдерживанием изделий при указанном давлении 30 с, выпрессовку и сушку в естественных условиях до постоянной массы.