Искусственный мрамор из гипсового камня


Таблица 1

Радиусы пор, мкм

Объем пор в структуре, %

Исходного гипсового камня

Полугидратного камня, полученно­го при 200 еС

«вторичного»

Гипса

Менее 0,001 от 0,001 до 0,01 от 0,01 до 0,1 более 0,1

17 2,3 20,3 18,3 17,1 34,6 19,2 69 33,6 44 12,2 9,4

подпись: таблица 1
радиусы пор, мкм объем пор в структуре, %
 исходного гипсового камня полугидратного камня, полученного при 200 ес «вторичного»
гипса
менее 0,001 от 0,001 до 0,01 от 0,01 до 0,1 более 0,1 17 2,3 20,3 18,3 17,1 34,6 19,2 69 33,6 44 12,2 9,4

Таблица 2

Условия

Перекристаллизации

Концентра­ция раствора, мае. %

Открытая пористость, об. %

Прочность при сжатии, МПа

Твердость по Бринелю, Па

Исходный гипсо­вый камень, автоклавная обра­ботка

Вода (20 °С) Водные растворы: СиБСМ

К.2504

ПВС

— 1 21-26 26—28

— 7,2 60-65 30-32

5 5 48-50 29-31 3 3,8 57-60 33-34 0,8 8,5 60-63 29-31

© В. П. Балдин, А. Е. Грушевский, В. И. Рынзин, 1996

подпись: таблица 2
условия
перекристаллизации концентрация раствора, мае. % открытая пористость, об. % прочность при сжатии, мпа твердость по бринелю, па
исходный гипсовый камень, автоклавная обработка
вода (20 °с) водные растворы: сибсм
к.2504
пвс — 1 21-26 26—28
— 7,2 60-65 30-32
5 5 48-50 29-31 3 3,8 57-60 33-34 0,8 8,5 60-63 29-31
© в. п. балдин, а. е. грушевский, в. и. рынзин, 1996

Большим спросом в настоящее время пользуются дорогие облицо­вочные плиты из природного мра­мора. Ими отделывают офисы, хол­лы и др. Своего потребителя находят также более дешевые декоративные плиты из природного гипсового камня, имитирующие мрамор. Орга­низация производства такой продук­ции возможна на предприятиях по переработке природного гипса при небольших затратах [1].

Облицовочные плиты «под мра­мор» изготовляются из природного гипсового камня по специальной технологии.

Исследования и опыт изготовле­ния гипсовых плит на Шедокском гипсовом комбинате и Львовском камнеобрабатывающем заводе пока­зали, что для их производства не­обходимо использовать прочные по­роды камня (20 МПа и более), которые позволяют вырезать плиты - заготовки из крупных блоков без откалывания кусков и разрушения самих плит-заготовок. Кроме того, для исключения появления трещин крупные блоки необходимо добы­вать безвзрывным способом. Это два важных условия, при которых возможно осуществить производст­во качественных изделий.

Сущность процесса состоит в пере­кристаллизации исходного гипсового камня, в результате которой и образу­ется декоративная поверхность.

Первоначально было предложено выпиливать из гипсового массива мелкие блоки 40 х 40 х 40 см, дегид­ратировать их в автоклаве, затем высушивать; резать на плиты-заго­товки и только потом гидратиро­вать, после чего шлифовать и полировать [2].

Автоклавная обработка гипсовых блоков позволяет получать а-полу - гидратную структуру, обеспечиваю­щую конечному продукту высокую прочность (до 50 МПа). Но такой процесс энергоемок и длителен, поэтому необходимо было создать энергосберегающую технологию из­готовления гипсовых плит на кон­вейерной основе, отличающуюся Простотой, компактностью и воз­можностью механизации и автома­тизации процесса.

С этой целью исследовали слож­ные процессы макрокинетики и структурообразования при фазовом превращении исходного гипсового камня в объемную полугидратную структуру при невысоких темперах- турах (до 200 °С) и атмосферном давлении, а также обратный процесс гидратации. В качестве образцов использовали гипсовые цилиндры, шары и кубы малых размеров [3], так как очевидно, что при упомяну­тых условиях реакции идут в повер­хностном слое изделия.

Изучение макрокинетики процес­са дегидратации гипса показало, что его скорость определяется скоро­стью химической реакции, а не диффузией водяных паров кристал­лизационной воды, которые беспре­пятственно отводились из пор гип­совых плит-заготовок.

Удалось подобрать температуру дегидратации (220 °С) при атмос­ферном давлении, при которой фа­зовые превращения осуществлялись в течение 10—15 мин. Полу-ченная в результате структура по-лугидрата отличалась высокой открытой пори­стостью, что облегчало дальнейшую обработку изделий (табл. 1).

Существенным оставался вопрос достаточной прочности гипсовых плит «под мрамор». Исследования показали, что при осуществлении предложенной технологической схемы мелкие кристаллы гипса об­разуются в порах заготовки, это не приводит к возникновению растяги­вающих напряжений в материале и обеспечивает прочность изделий, не уступающую прочности гипса после автоклавной обработки. Установле­но, что еще большее упрочнение достигается, если перекристаллизация идет в водных растворах солей или поливинилового спирта (ПВС) [6], что видно из данных табл. 2.

Таким образом, был обнаружен «эффект рекристаллизационного упрочнения гипсового камня».

Существенное влияние на упроч­нение структуры «вторичного» ди­гидрата оказывают процесс «раство­рения» дефектов исходной кристал­лической структуры за счет дегид­ратации и частичное образование в полугидратной структуре кристаллов а-полугидрата, а также удаление тонкодисперсных примесей.

Удаление примесей из гипсового камня приводит к осветлению тем - но-серой фактуры гипсовых плит из природного камня, в результате чего образуется светло-белая фактура гипсовых плит с ярко выраженными темными разводами естественной природы, что придает гипсовому «мрамору» хороший декоративно­художественный вид.

Таким образом, исследование ме­ханизма сложных физико-химиче­ских и кристаллизационных процес­сов привело к созданию технологии производства изделий, имитирую­щих мраморную поверхность.

Чтобы обеспечить необходимую интенсивность процесса, исходные блоки природного гипсового камня

19


Парсчали на плитки небольшой тол шипы (15 мм).

При внедрении технологии было прппято решение де1 идратпровать плпгы - заготовки в вертикальном положении с двух сторон па глубину до 5 мм [4]. После дегидратации плитки погружаются и ванну е красящим раствором или подои, в результате чего образуется «вторич­ный» гипс, имитирующий мрамор­ную поверхность.

Пр едложенная технологиче­ская схема внедрена на идиом из заводов.

Дальнейшее совершенствование технологии позволило нам исполь­зовать еще один резерв ускорения процесса дегидратации за счет на­грева гипса н высокочастотном электромагнитном поле. С этой целью была сконструирована лабо - раторпая установка для исследова­ния процесса дегидратации гипса в ВЧ-поде. Определены параметры процесса п предложена замена 7-метровой камеры термообработки на пост ВЧ-поля. состоящий из двух стоящих параллельно ленте конвей­ера пластин конденсатора, подклю­ченных к ВЧ-геператору [5]. Изделия нагреваются И течение 3—4 Мин за Счет превращения энергии колеба­ния частиц кристаллизационной во­ды в тепловую.

Разработанная технологи» полу­чения «гипсового мрамора» может быть предложена отечественным предприятиям, ведущим разработки тисового камня. В настоящее время технологию решило приобрести од­но из предприятий "Судана, для которого ведется уточнение отдель­ных операции.

Многокомпонентных материалов

Где А — текущее значение прочности композита. МПа; Ар — рабочее (до­статочное для эксплуатации) значение прочности композита. МПа: ? —

Время, соответствующее набору теку­щей прочности, сут: Тр — время, соответствующее набору рабочей прочности, сут.

Обозначив величину 1/хр через К, Получим следующее выражение:

К - - Ь1 |1-а'«р|/г (4)

Значение К определяли графиче­ским способом в системе полулога­рифмических координат 1п (1 - О/ор)

— т (рис. 6) для трех концентраций кремнийорганических добавок и кон­трольного состава. После пересчета Гг принимает следующие значения: контрольный (немодифицирован - ный) состав — Лр - 0,224 сут; 0,5 %- пая концентрация модификатора — Гр = 0,143 сут; I %-ная концен­трация модификатора —■ Хр =

0, 164 сут; 3 <%-ная концентрация Модификатора — Гр = 0,200 сут.

Таким образом, модификация эпоксидных пресс-композитов не­которыми кремнийорганическими соединениями способствует ускоре­нию набора прочности. Время, до­статочное для набора эксплуатаци­онной прочности пресс-компози­тов, приблизительно составляет Зт/;.

Значение коэффициентов ослаб­ления у-излучения пресс-компози­тами определяли, облучая образцы узким пучком у-квантов от источни­ка 13'Cs, при поглощенных дозах 2,510е и 4,810£’*Гр. Для модифи­цированных эпоксидных пресс-ком­позитов при объемном содержании наполнителя у = 0,695—0,733 зна­чения коэффициентов ослабления составили 0,29—0,32 см 1, что в

3— 4 раза лучше, чем у тяжелого бетона, равнозначно стали и лишь в 1,4 раза хуже чистого свинца. Кроме того, вниду наличия в составе композитов атомов водорода про­водятся исследования их защитных свойств от нейтронною излучения.

Особо тяжелые эпоксидные пресс-композиты могут быть ис­пользованы при устройстве »ашит - ных сооружений на АЭС, на заво­дах по обогащению урана, на предприятиях с источниками иони­зирующих излучений, при устрой стве могильников но захоронению радиоактивных отходов, в рентге­новских кабинетах, физических ла­бораториях и др.

УДК 666.972.2.16.063

Е. Г. ВЕЛИЧКО, канд. техн. наук, Ж. С. 'БЕЛЯКОВА, инженер (ВНИИЖелезобетон. Москва)

Оставить комментарий