Применение фосфогипса для получения ангидритового вяжущего

Минеральные наполнители в оптимальном количестве и при оптимальной дисперсности позволяют добиться сокращения расхода обжиговой составляющей как при производстве цемента и ангидритового вяжущего из фосфогипса [1-2].

В качестве наполнителей в состав ангидритового вяжущего вводились молотая мраморная пыль, доломит, известняк Каратауского месторождения,фосфогипс завода минеральных удобрений. Подобный выбор обусловлен возможностью использования соответствующих пород местного минерального сырья.

Минеральные наполнители, размолотые до удельной поверхности 300, 400, 500 м²/кг вводились в состав ангидритового вяжущего совместно с добавкой извести в количестве 3-5%. При этом расход наполнителя изменялся от 5 до 20%. Тонкость помола вяжущего составляла 7% по остатку на сите № 008. Смешение проводилось в лабораторной шаровой мельнице.

Анализ результатов исследований влияния минеральных наполнителей различного вида и дисперсности на прочностные показатели ангидритового вяжущего показывает, что рассмотренные добавки способствуя в оптимальном количестве повышению прочности гипсового камня и снижению расхода обжиговой части вяжущего, различаются по своей эффективности.

Наиболее эффективными являются мраморный, известняковый и доломитовый наполнители, введение которых в количестве 10-15% от массы вяжущего при удельной поверхности 300-500м²/кг позволяет повысить прочность гипсового камня на 15-20% по сравнению с контрольными образцами без введения добавок наполнителей.

Введение фосфогипсового наполнителя в меньшем по сравнению с добавками карбонатных наполнителей количестве, составляющем 3 и 5% от массы вяжущего, позволяет повысить прочность образцов гипсового камня на 18-20% относительно контрольных образцов.

Согласно результатам исследований, с учетом наибольшей степени наполнения ангидритового вяжущего при повышении или сохранении его прочностных показателей карбонатные наполнители-кальцитовый (известняковый) и доломитовой при удельной поверхности 300 м²/кг являются более эффективными по сравнению с фосфогипсовым наполнителями.

Для определения возможных пределов введения карбонатных наполнителей различного химического и минерального состава проведены исследования их влияния на основные физико-технические свойства ангидритового вяжущего и гипсового камня на его основе.

При проведении исследований использовались пробы известняков и доломитов некоторых Каратауских месторождений республики Казахстан.

Минеральные наполнители, размолотые до удельной поверхности 300м²/кг, вводились в состав ангидритового вяжущего совместно с добавкой извести, С-3 и керамзитовой пыли взятых в оптимальных количествах, смешение проводилось в лабораторной шаровой мельнице.

Согласно данным исследований, при введении в состав ангидритового вяжущего известнякового или доломитового наполнителей с содержанием СаО более 30%, нерастворимого остатка до 12% в количестве 10% от массы вяжущего прочность образцов гипсового камня повышается соответственно на 15-20% и 10-15% в зависимости от химического состава добавки. Водопотребность и коэффициент размягчения гипсового камня на его основе сохраняются на уровне контрольных образцов без введения наполнителя, составляя соответственно 27% и 0,72%. Сроки начала схватывания вяжущего сокращаются с 1 ч. 20 мин. до 1 ч. 10 мин., сроки конца схватывания с 3 ч. 15 мин., до 3 ч. 00 мин.

Анализ результатов исследований показывает, что при введении карбонатных пород эффективность применения добавок увеличивается по мере повышения их кристаллохимической близости к продукту гидратации ангидрита II-гипсу (увеличении содержания СаО). Также были разработаны составы вяжущих с применением в качестве активной добавки опоки Кынградского месторождения.

Многокомпонентный состав композиционного ангидритового вяжущего оптимизированы с применением метода математического планирования эксперимента.

В качестве переменных факторов приняты процентные содержания по массе модифицирующих добавок в составе композиционного ангидритового вяжущего:

Х₁- содержание извести;

Х₂- содержание опоки;

Х₃- содержание доломитового наполнителя;

Х₄- содержание суперпластификатора С-3

Натуральные и кодированные значения переменных факторов и интервалы их варьирования приведены в табл. 1. Границы области изменений переменных факторов определялись на основании ранее проведенных исследований.

В качестве параметров оптимизации приняты:

У₁- предел прочности при сжатии образцов гипсового камня на основе композиционного ангидритового вяжущего в возрасте 28 сут, МПа;

У₂- коэффициент размягчения образцов гипсового камня на основе композиционного ангидритового вяжущего.

По результатам данного плана рассчитаны коэффициенты уравнений регрессии и получены модели функции У₁ и У₂, устанавливающие связь между составом композиционного ангидритового вяжущего, его прочностью и водостойкостью, характеризуемую коэффициентом размягчения:

У₁=1,51+10,87Х₁+2,04Х₂+2,24Х₃+43,1Х₄-1,12Х₂-0,29Х₂-0,12Х₂-31,4Х₂ (1)

У₂=0,32+0,52Х₁+0,052Х₂+0,321Х₄-0,0049Х₁-0,004Х₂+0,005Х₂Х₄-0,005Х₃Х₄ (2)

Расчетное значение критерия Фишера для уравнения (1) составляет 3,57 для уравнения (2) 3,9 при табличном значении 4,06 т.е. полученные модели адекватно описывают результаты экспериментов.

Анализ полученных уравнений регрессии и построенных с их использованием линий равных значений функций отклика, показывает следующее: при постоянном содержании доломитового наполнителя 10% от массы вяжущего и изменении содержания добавки суперпластификатора от 0,25 до 0,75% , максимальные прочностные характеристики образцов гипсового камня 45-47 МПа достигаются при введении добавки извести в количестве 4-5,5%;опоки 3-5,5% от массы вяжущего. Максимальные значения коэффициента размягчения гипсового камня 0,69-0,74 обеспечиваются при соотношении количество вводимых добавок извести и опоки 1:1 по массе, составляющих 5-7% от массы вяжущего.

При постоянном содержании добавки опоки 5% от массы вяжущего и изменении содержания добавки извести от 3 до 7% максимальные прочностные показатели образцов гипсового камня 48-53 МПа достигаются при введении добавки доломитового наполнителя в количестве 7-12% от массы вяжущего. Увеличение количества вводимой добавки доломитового наполнителя от 5 до 15% не оказывает существенного влияния на изменение коэффициента размягчения гипсового камня. При увеличении количества вводимой добавкой суперпластификатора от 0,25 до 0,5% по массе происходит рост прочности образцов гипсового камня на 15-20%, коэффициента размягчения на 10-11%. Увеличение количества суперпластификатора С-3 наиболее дорогостоящего компонента вяжущего от 0,5 до 0,75% по массе приводит к незначительному росту прочности и коэффициента размягчения и является нецелесообразным. В результате решения уравнений (1 и 2) установлены оптимальные составы композиционного ангидритового вяжущего повышенной водостойкости (составы 1,2), а также средней водостойкости (составы 3,4.5), представленные в табл 2.

Таблица 2 - Составы композиционного ангидритового вяжущего

Вид вяжущего по степени водостойкости	Номер состава	Содержание компонентов, % по массе
		ангидрит	известь	опока	супер- пласти- фикатор С-3	Доломитовый (известняковый) наполнитель
Повышенной	1	79,5	5,0	5,0	0,5	10,0
водостойкости	2	74,5	5,0	5,0	0,5	15
средней	3	84,5	5,0	-	0,5	10,0
водостойкости	4 5	79,5 85,0	5,0 5,0	- -	0,5 -	15 10,0

Таким образом проведенные исследования показывают целесообразность введения тонкомолотых минеральных наполнителей в состав ангидритовых вяжущих на основе фосфогипса.
Библиографический список

1. Сычева, Л. Опыт применеия ангидритового вяжущего из фосфогипса для устройства самонивилирующихся стяжек пола/ Л. Сычева, О.Ткачева. // Всероссийское совещ. «Наука и технология силикатных материалов в современных условиях рыночной экономики». –М., 1995. –С. 55-56.