Диссертация (Безобжиговые гипсовые композиты с повышенными эксплуатационными свойствами), страница 11

В связи с этимприменяюттакназываемыйэквивалентныйразмер,которыйподразумевает условную шарообразную форму зерен. Такая формаспособна произвести какое-либо действие,которое будет равным повеличине действию, производимому измеряемым зерном (кристаллом)неправильной формы. Понятие эквивалентный размер подразумеваетдиаметр условной частицы шарообразной формы.68В случае вяжущего, характеризующего полидисперсным составомчастиц, возможно принять смесь в качестве некоторой статистическойсовокупности частиц.

Таким образом, исследования зернового состававозможно проводить с использованием аппаратов теории вероятности иматематической статистики.Для характеристики зернового состава вяжущих веществ применяюткривуюплотностираспределения,получаемуюприпроведениидисперсионного анализа на лазерном анализаторе частиц, котораяхарактеризуется достаточной наглядностью, поскольку она позволяетдостаточно легко оценить гранулометрию порошков вяжущего и оценитьфракционный их фракционный состав.Интервалы крупности зерен на кривой характеризуются разнойдлиной, выходы ΔD соотносят с интервалами Δx, т.е. с единицамиизменения в каждом интервале размеров зерен x. Затем величинырасставляют по среднему размеру фракций.Математическое описание плотности распределения частиц по размерам(дифференциальный анализ) имеет следующий вид Если где dD – вес фракции частиц (x, x+Δx).Полное описание зернового состава сочетает анализ интегральнойкривой плотности и дифференциального распределения методамиматематической статистики.69Исследованиямиустановлено,чтокривыераспределениядисперсных составов различных материалов достаточно разнообразны,однако замечено, что форма этих кривых достаточно устойчива.Согласно исследованиям Раммлера, Розина и Г.И.

Ромашова [117]высокодисперсные частицы измельченных материалов характеризуются,как правило, ассиметричной кривой с одной модой.ОсновываясьнаработахВиланда,исследователями[117]установлено, что помол материалов в шаровых мельницах приводит кполучению порошков, характеризующихся нормальным или близким кнему распределением с одним максимумом.Для виброизмельченных порошков характерна резкая ассиметрияплотностираспределенияихдисперсногосостава[118],чтоподтверждается выводами Н.К. Разумовского об ассиметричности кривыхраспределения в природной среде [119].Дифференциальныйанализраспределениязеренприродногогипсового камня в составах, полученных его измельчением до различнойтонинывшаровоймельнице,показал,чтовсеисследованныераспределения полидисперсных порошков соответствуют нормальномузакону.Тонкий помол порошков характеризовался удельной поверхностьюSуд = 471 м2/кг, а в целом, согласно рисунку 2.3, гранулометрическийсостав таких порошков отвечает распределению Гаусса, однако, максимумраспределения смещается по отношению к центру распределения всторонукрупныхфракций.Модараспределениячастицотвечаетдиапазону размеров 10 ÷ 20 мкм (µм) − 18,82 %.Эквивалентный размер зерен в гипсовом порошке с удельнойповерхностью Sуд = 471 м2/кг соответствует 5,43 мкм (µм).

Согласноприведенной интегральной кривой распределения − диапазон разбросачастиц достаточно широк – 2 ÷300мкм (µм).70Модараспределениядлягипсовогопорошкасудельнойповерхностью Sуд = 471 м2/кг − одна. Она расположена в области крупныхчастиц – 100 ÷ 200 мкм (µм). Количество зерен данного диапазона впорошке − 30 %.Рисунок 2.3 – Распределение зерен по размерам и характеристикидисперсности порошка природного гипсового камня(удельная поверхность Sуд = 471 м2/кг)Средний диаметрдля данного порошка – 17,5 мкм (µм).Интегральное распределение более полого в сравнении с тонкомолотым71составом (рисунок 2.4) − разброс зерен по размерам для состава гипсовогопорошка, приведенного на гистограмме, по диапазону достаточно широк –от 2 мкм до 300 мкм (µм).

Как показывает анализ результатов измерений,в составе порошка обнаруживаются как высокодисперсные частицы, так икрупнодисперсные, но превалируют в гранулометрическом составепорошка зерна двуводного гипса крупного размера.Рисунок 2.4 − Распределение зерен по размерам в порошке природногогипсового камня(удельная поверхность Sуд = 151 м2/кг)2.1.2 Техногенный гипсТакже в качестве сырья были задействованы отходы производстваКонаковского фаянсового завода – вышедшие из строя гипсовые литьевыеформы, изготовленные путем литья в заводских условиях из гипсовоговяжущего Пешеланского завода, отличающегося лучшим качеством сырья,по данным химического и модификационного состава вяжущего на егооснове (таблицы 2.4, 2.5).72В процессе керамического производства для изготовления формотливок задействуется только высококачественный гипсовый камень1 сорта [7], с содержанием не менее 95% дигидрата сульфата кальция, всоответствии с ГОСТ 4013, что характеризует отходы, получаемые изотработанных форм, как вторичное (техногенное)сырье высокогокачества.Таблица 2.4 − Гипсовое вяжущее β-модификации, Пешеланский гипсовыйзавод (Нижегородская обл.).

Модификационный составВид модификацииЗначениеПолуводный гипс CaSO4· 0,5 H2O89 %Ангидрит CaSO41,7 %:Двуводный гипс CaSO4· 2 H2O1,3 %:Кристаллизационная вода7 %:Таблица 2.5 − Гипсовое вяжущее β-модификации, Пешеланский гипсовыйзавод (Нижегородская обл.). Химический составSiO2 Al2O30.8TiO2следы следыFe2O3 CaO–37,52MgOSO3Na2OK2OP2O5F0,1053,780,050,007––Природа происхождения отходов, как правило, определяет составполучаемого сырья, а впоследствии и свойства произведенных из этогосырья изделий и материалов. Используемые формы керамическогопредприятия отличаются от отходов других производств менее плотнойструктурой гипсового камня и удлиненно-призматической формойкристаллов,полученнойкотораяобразуетсяблагодаряусловиям,благоприятным для кристаллизации дигидрата в свободном пространствепор [34] (рис.

2.5), в процессе производственные модели и формы путемлитья под давлением из гипсокартона.Для структуры двуводноготехногенного гипсового камня,получаемого из изделий Конаковского фаянсового завода характерны73высокая пористость – 52 % и, как следствие, призматический габитускристаллов,зарегистрированныйисследовании(рисунок2.5),причтоэлектронно-микроскопическомсвязаносиспользованиемвысокодисперсного вяжущего (таблица 2.6) с большим водосодержанием.Тонкие кристаллы вытянуты вдоль [001] или [111], двойники гипсавстречаются редко.В отличие от подавляющего количества техногенных отходов,описанныхв п. 1.1 двуводный техногенный гипс, полученный изотработанных форм фаянсового завода (г.

Конаково), по фазовому ихимическому составу, совпадает с составом природного гипсового камня.Это подтверждено химическим, рентгенофазовым и диффиренециальнотермическим анализами, данные которых представлены на рис. 2.8, 2.9.Фазовыйсоставвсоответствиисрисунком2.8представленпреимущественно дигидратом сульфата кальция (CaSO4 ·2H2O).Изучая данные TG, DTA и DTG, можно увидеть, что в диапазонеизменения температуры80  125°C происходит потеря адсорбционнойводы. Наибольшая потеря массы характерна для диапазона изменениятемпературы –140  240 °С.В этом диапазоне находятся дваэндотермических пика: при температуре180°С и210°С.Первый эффект характеризует удаление 1,5 молекул Н2О из CaSO4 •2H2O. Температура этого максимума – 180 °C, указывает наналичиекрупнокристаллической структуры гипсового камня.

Следующий, второйэндоэффект, оказался менее интенсивен. Он обусловлен устранениемоставшихся0,5 молекулH2O. Экзоэффект в диапазоне изменениятемпературы 380...440 ° С обусловлен инверсией сульфата кальция, прикоторой кристаллическая решетка подвергается перестройке.74Рисунок 2.5 – Микроструктура гипсового техногенного отходаРазложение карбоната кальция (диссоциация 44 % углекислого газа)отмечена в температурном диапазоне от 750 до 840 0С.

Исследованияэндотермического эффекта, приведенного на рисунке 2.7, дает основание75полагать о незначительном содержании карбоната кальция в данномгипсовом отходе – не более 2-3 %.Рисунок 2.7 − Микроструктура гипсового техногенного отходаТаблица 2.6 − Гипсовое вяжущее Г – 7 Б III (Пешеланский гипсовыйзавод). Основные свойстваМаркагипсаГ–7БIIIУдельнаяповерхность,м2/кг;Водопоглощение,%;Объемноерасширение,%;Нерастворимыев HCl примеси,%.135840,40,130,17Рентгенофазовый анализ техногенного гипса, приведенный нарисунке 2.8, согласуется с результатами дериватографического анализа:проба свидетельствует о преимущественном содержании дигидратасульфата кальция с незначительным содержанием примесей ангидритаCaSO4,что подтверждают дифракционные линии 3,50; 1,852 Å.