5. Разновидности гипсовых вяжущих материалов

Гипсовыми вяжущими называют воздушные вяжущие вещества, состоящие из полуводного гипса CaSO4-0,5H2O или ангидрита CaS04 и образуемые в результате тепловой обработки и помола сырьевых материалов, включающих двуводный или безводный сернокислый кальций. Двуводный гипс — минерал, входящий в различные горные породы — гипсовый камень, глиногипс и др., а также в искусственные продукты — отходы промышленности — фосфо-гипс, борогипс и др.

При нагреве двуводного гипса протекает ряд химических процессов, приводящих к образованию веществ, обладающих вяжущими свойствами. Основными из них являются модификации полуводного гипса (полугидрата) CaSO4-0,5H2O — продукта частичной дегидратации двуводного гипса (CaS04-2H20 = = CaSO4-0,5H2O-f-1,5Н20). Из полуводного гипса состоят широко распространенные низкообжиговые гипсовые вяжущие, главными представителями которых являются строительный и высокопрочный гипс. Эти вяжущие материалы получают при низкой температуре обжига гипса (110—180° С). Когда нагревание гипса осуществляется в открытых аппаратах и кристаллизационная вода выделяется в виде водяных паров, образуются высокодисперсные кристаллы |}-CaS04-0,5Н2О, слагающие строительный гипс. При удалении кристаллизационной воды в жидком состоянии образуются крупные кристаллы а-по-лугидрата — основной фазы высокопрочного гипса.

Причина различия вяжущих свойств (3- и а-полугидратов заключается в их различной водопотребности, обусловленной особенностями кристаллического строения. При затворении водой а-полугидрат в результате меньшей водопотребности и как следствие меньшей пористости в затвердевшем состоянии обладает более высокой прочностью.

Из гипсовых вяжущих промышленность выпускает в основном строительный гипс, процесс производства которого состоит в дроблении и тепловой обработке гипсового камня, а также тонком измельчении. Распространенным аппаратом для термической обработки строительного гипса являются варочные котлы. Высокопрочный гипс получают в автоклавах.

Схватывание и твердение гипсовых вяжущих обусловлено переходом полугидрата в кристаллический двуводный гипс.

Реакция гидратации и кристаллизации двугидрата протекает быстро и завершается через несколько минут после затворения. Прочность гипса повышается по мере высушивания и удаления воды. Основными особенностями строительного гипса являются: быстрое схватывание и твердение, повышенные водопотребность и пористость, способность увеличиваться в объеме на 0,5—1% в начальный период твердения, подверженность деформациям ползучести, низкая водостойкость.

Качество гипсовых вяжущих определяется сроками схватывания, тонкостью помола, водопотребностью, пределом прочности при сжатии и изгибе. В зависимости от сроков схватывания гипсовые вяжущие делят на три группы: быстротвердеющие (А), нормальнотвердеющие (Б) и медленнотвердеющие (В). Для первых двух групп начало схватывания должно наступать не ранее соответственно 2 и 6 мин, конец — не позднее 15 и 30 мин. Для гипсовых вяжущих группы В начало схватывания наступает не ранее 20 мин.

Тонкость помола гипсовых вяжущих оценивается просеиванием на сите с размером ячеек в свету 0,2 мм. Для вяжущих грубого (I), среднего (II) и тонкого (III) помола остаток на сите должен быть не более соответственно 23, 14 и 2%.

Для получения теста нормальной густоты строительный гипс требует до 50—70% воды, высокопрочный — 30—40%. Теоретически для гидратации полуводного гипса необходимо 18,6% воды от массы вяжущего, и вся избыточная вода, удаляясь при сушке, образует поры, снижающие прочность вяжущего. Снижению водопотребности гипсовых вяжущих способствуют замедлители схватывания, позволяющие уменьшить на 10—15% нормальную густоту.

Для замедления сроков схватывания гипсовых вяжущих возможно применение добавок, уменьшающих растворимость полу-гидрата при определенной концентрации (аммиак, этиловый спирт и др.), образующих труднорастворимые соединения (фосфаты, бура и др.), веществ, уменьшающих скорость образования кристаллических зародышей при гидратации гипса (лигно-сульфонаты, кератиновый замедлитель и др.).

Гипсовые вяжущие вещества

Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служат сульфатные горные породы, содержащие преимущественно минерал двуводный гипс.

При тепловой обработке природный гипс постепенно теряет часть химически связанной воды, а при температуре от 110 до 180°С становится полуводным гипсом. После тонкого измельчения этого продукта обжига получают гипсовое вяжущее вещество.

При тепловой обработке природного гипса в герметически закрытых аппаратах и, следовательно, при повышенном давлении пара химически связанная вода выделяется в капельно-жидком состоянии с образованием при температуре примерно 95 ... 100°С а-модификации полуводного гипса.<.P>

Обе модификации полуводного гипса отличаются между собой: модификация полугидрата отличается крупнокристаллическим строением.

Гипсовые вяжущие вещества условно разделяют на строительный, формовочный и высокопрочный гипсы.

Гипс строительный является продуктом обжига тонкоизмельченного двуводного гипса. На отдельных заводах после обжига гипс подвергают вторичному помолу. Он относится к мелкокристаллической разновидности гипсового вяжущего вещества, что увеличивает водопотребность при затворении строительного гипса водой до стандартной консистенции теста. В отвердевшем состоянии обладает невысокой прочностью — 2 ... 16 МПа. Но прочность на сжатие уменьшается с увлажнением образцов.

Гипс формовочный состоит также из полугидрата сульфата кальция, отличаясь от гипса строительного большей тонкостью помола.

Гипс высокопрочный является продуктом тонкого помола а-полугидрата, получаемого в результате тепловой обработки в условиях, в которых вода из гипса выделяется в капельно-жидком состоянии. Такие условия возможны в автоклаве в среде насыщенного пара при давлении 0,15 ... 0,3 МПа. Вместо автоклавов возможно использование в качестве тепловой среды водных растворов некоторых солей, например хлористого кальция.

Отличительной особенностью гипсовых вяжущих веществ является их низкий срок схватывания, что вызывает определенное неудобство при производстве строительных работ. По срокам схватывания они разделяются на быстро-, нормально- и медленнотвердеющие. Для продления сроков схватывания в гипсовое тесто нередко вводят добавки-замедлители, например кератиновый клей, сульфитно-дрожжевую бражку и др. Они адсорбируются частицами гипса, что затрудняет их 'растворение и начало схватывания.

Рассмотренные разновидности гипсовых вяжущих веществ применяют для различных целей. Строительный и формовочный с большим успехом используется при производстве гипсовых перегородочных панелей, сухой штукатурки, гипсолитных деталей, вентиляционных коробов, огнезащитных и звукопоглощающих изделий. Широкое использование всех этих изделий обусловливается относительной влажностью воздуха не более 60%, так как увлажнение гипсового изделия всегда связано с понижением прочности и ростом необратимых пластических деформаций (ползучести). Известны определенные меры повышения водостойкости гипса и изделий, например добавлением синтетических смол, пропиткой гидрофобными веществами, интенсивным уплотнением при формовании изделий. Особенно эффективным способом повышения водостойкости является переход к смешанным вяжущим веществам на основе гипса.

Гипс высокообжиговый (эстрихгипс). При температурах обжига (800 ... 950°С) помимо обезвоживания гипсового сырья происходит и частичная термическая диссоциация с образованием СаО, активизирующим химическое взаимодействие вяжущего с водой и ускоряющим процессы твердения. Начало схватывания наступает не ранее 2 ч, предел прочности при сжатии составляет 10 .,. 20 МПа, а водостойкость несколько выше, чем у гипсовых вяжущих и ангидритового цемента. Его применяют для изготовления декоративных и отделочных материалов, например искусственного «мрамора», штукатурных растворов, устройства бесшовных полов и подготовки под линолеум.