1.什么叫熟石膏的陳化?

答:對于一般剛煅燒出的熟石膏,其物相組成不穩定、內含能量較高、分散度大、吸附活性高,從而出現調制后標稠需水量大、強度低及凝結時間不穩定等現象。改善這種狀況的辦法是使新煅燒得到的熟石膏,在密閉的料倉中存放,利用物料的溫度(107℃以上),可以使物料中殘存的二水石膏吸熱,進一步轉變為半水石膏,同時其中的可溶性無水石膏(AⅢ)也可以吸取物料周圍的水分轉變為半水石膏,這種相組分的轉變,以及晶體的某些變化,就是熟石膏陳化的實質。

2.熟石膏陳化的條件及方法是什么?

答:通常熟石膏的陳化條件是:當其吸附水含量小于1.5%時,是無水石膏AⅢ轉化為半水石膏的有效期;若吸附水含量大于1.5%時,半水石膏就會吸收水而成二水石膏。因此,陳化條件是很重要的。陳化的方法有自然法和機械法,機械陳化法要增加設備,如采用風動、螺旋冷卻陳化設備或回轉筒冷卻陳化設備,陳化時間短效率高,但設備投資和能耗均高。自然陳化法是靠自然條件來陳化達到穩定熟石膏質量的目的。自然陳化過程中料層不能太厚,否則陳化作用不均勻,冷空氣和余熱的交換不充分,難以使熟石膏的相變過程趨于穩定。為此,自然陳化時應加以人工攪拌料層。自然陳化周期長,效果差。環境溫度高對加快陳化有利。二水石膏在一定溫度下脫水而得的以半水石膏為主的產物即為建筑石膏,實際上,石膏工業上所稱的建筑石膏是二水石膏在一定溫度下脫水分解的產物經過陳化才被稱為建筑石膏。因此,嚴格地講,半水石膏、熟石膏、建筑石膏應該是三個不同的概念。建筑石膏則是熟石膏經過陳化過程使其相變和物理力學性能穩定,能夠直接用于石膏制品工業生產的成品。

3.熟石膏的陳化過程機理及相變因素有哪些?

答:有些熟石膏經過陳化能使物理性能得到不同程度的改善,然而有的熟石膏經過陳化卻達不到此目的。究竟熟石膏是否需要陳化以及陳化作用的機理如何。歐洲石膏協會把陳化機理的研究列為石膏板生產的重要科研項目,足見熟石膏陳化機理的研究對于穩定石膏板生產的質量具有重要的意義。陳化過程中發生的相變有下述三種類型(圖2-5)

①可溶性無水石膏吸取空氣中水分轉變為半水石膏。

②二水石膏繼續脫水轉變為半水石膏。二水石膏在余熱作用下繼續脫水,貯存于料庫中的石膏在很長一段時間內維持較高的溫度,這有利于殘存于熟石膏中的二水石膏繼續脫水。

③半水石膏轉變為再生二水石膏。在陳化失效期內,由于半水石膏轉變為二水石膏,使DH含量增加。,熟石膏陳化過程中物理性質與相變性質的關系(圖2-6):

(1)標準稠度變化

陳化有效期內,標準稠度是下降的,而自陳化失效期開始則逐漸復升。在陳化有效期標準稠度、比表面積變化規律是一致的。在陳化中,隨著無水石膏Ⅲ的轉變、吸附水分的增加以及石膏晶體表面裂紋的彌合,都使比面積逐級減少。陳化初期,由于無水石膏Ⅲ轉變迅速,致使標稠快速下降。在陳化失效期到來之后,因再生二水石膏晶核生成較多,從而導致水化速度加快,凝結加快,標準稠度增大。

(2)凝結時間變化

石的凝結時間與水灰比、溫度、攪拌速度等因素有關,但從本質上看,我們認為陳化過程中凝結時間的變化是與液相飽和度及二水石膏的變化有關。由于半水石膏轉變而生成的再生二水石膏晶核的增多,因此仍然使凝結時間縮短。

(3)強度變化

①陳化過程中強度變化規律，當熟石膏制備溫度較高時,強度提高顯著;當制備溫度較低時,強度提高不顯著,甚至反而降低。

②強度變化與標準稠度之間的關系，陳化過程中,標準稠度是影響強度變化的一個重要因素,但并不是唯一因素。

③強度變化與水化性質變化之間的關系，熟石膏在陳化過程中水化液相飽和度與強度之間關系密切,從熟石膏陳化過程中水化晶體大小的變化,也可看到這點。當水化速度超過一定限度,結晶接觸點過多,結晶應力相應增大,強度反而降低。這就是熟石膏在陳化過程中強度增加的另一個重要因素。

④再生二水石膏對強度的影響，再生二水石膏對熟石膏物理性能的影響是十分顯著的,雖然陳化過程中,再生二水石膏生成量有限,但其對陳化過程中熟石膏物理性能的變化卻產生了決定性的影響。在濕度大的空氣中陳化,AⅢ轉變速度快,再生二水石膏的生成速度大于脫水速度,使陳化強度出現降低;而密封陳化時,AⅢ變慢,再生二水石膏的生成速度也慢。由于較多的AⅢ的存在,使再生二水石膏脫水速度超過生成速度,強度才提高。

我們認為熟石膏的陳化,應理解為能夠改善熟石膏物理性質的儲存過程。一般當石膏中含有一定量的可溶性無水石膏和少量性質不穩定的二水石膏時,使熟石膏的需水量大、凝結時間不穩定、強度低,此時即需要經過陳化。在陳化過程中主要發生了三種類型的相變：

一是新炒制的熟石膏中存在一種粒狀高折射率物相,它能在陳化初期吸濕而直接轉變為再生二水石膏。

二是可溶性無水石膏吸取水分轉變為半水石膏。

三是二水石膏繼續脫水轉變為半水石膏。

陳化的結果使比表面積下降,水化液相飽和度增大及持續時間增長,從而使熟石膏的物理性能得到改善,即需水量降低、凝結時間趨于正常、強度隨之提高。

陳化過程分成陳化有效期和陳化失效期。在有效期內,由于可溶性無水石膏轉變為半水石膏,半水石膏含量相應地增加;二水石膏在余熱的作用下繼續脫水變成β型半水石膏。在失效期內,由于半水石膏吸水變成二水石膏,使CaSO4·2H2O增加。熟石膏陳化過程中物相、物性及水化性質都在變化。

熟石膏通過陳化過程可以使其中的相變過程趨于穩定,改善熟石膏的物理力學性能,能夠正常用于建筑石膏及制品生產。熟石膏陳化過程的長短、陳化效果的好壞,與所選用的陳化方式、熟石膏堆積料層厚度、顆粒大小、環境濕度等都有直接關系。工業生產中常用的陳化方式有自然陳化法和機械陳化法。

4.石膏陳化的一般時間及其對產品性能有什么影響?

答:熟石膏經過陳化的結果,可使其中的相變過程趨于穩定,物相趨于均化,提高半水石膏的含量,降低比表面積和內部能量,促使標準稠度需水量降低,凝結時間正常,強度提高,從而大大改善了熟石膏的物理性能,提高了產品質量,使其能夠正常用于建筑石膏及制品的生產。

陳化后與陳化前其產品的物理性能有較大的改善,性能較為穩定,但由于陳化15d與陳化7d相比,性能變化不大,因此,熟石膏生產石膏建材應用時陳化時間一般在7~10d為宜。

5. 陳化時間和產品強度、標準稠度需水量的關系如何?

答:隨著陳化天數的增加、產品強度逐步提高,標準稠度需水量逐步減少,見圖2--7圖2-8。最佳陳化時間為45d,這時強度最大,標準稠度需水量最小。