7.3. Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовыми вяжущими веществами называют тонкоизмельчен- ные продукты, получаемые путем тепловой обработки природного гипсового камня, природного ангидрита, а также различных отходов химического производства, способные после затворения водой схваты­ваться, твердеть и превращаться в камень на воздухе.

Сырьем для производства служат: природный гипсовый камень, представляющий двуводный гипс CaS0₄-2H₂0, природный ан­гидрит CaS0₄, отходы химической промышленности — фосфогипс, борогипс.

Фосфогипс — продукт переработки природных фосфатов в фос­форные удобрения. Он состоит из CaS0₄-2H₂0 (80...98%), влаги (до

25%) и примесей фосфатов (0,5...1,2% P₂Os) ^и фтора. Не допускается

высокое содержание Р2О5 (отрицательно влияет на прочность и

твердение).

Борогипс — отход производства борной кислоты и буры. Он со­стоит из CaS0₄ -2Н₂0 (около 76%), кремнезема Si0₂ (до 22%). Отходы фосфогипса и борогипса довольно велики. Их утилизация позволит снизить стоимость основного химического производства и улучшить экологическое состояние окружающей среды.

Гипсовый камень засорен примесями песка, глины, известняка и т.д., цвет от белого до голубовато-серого, твердость по шкале Мооса 1,5...2.

Природный ангидрит сопровождает залежи гипсового камня, более прочный с твердостью 3...3,5, белого, серого или голубоватого цвета; встречается в природе реже, чем гипсовый камень.

В зависимости от вида сырья и принятой технологической схе­мы производства гипсовые вяжущие вещества подразделяют^ на две

групшд: пизкообжпрааы?. (собственно гипсовые) и высокорМжигояые.

(ангидритовые)^^^.

К~1шзкообжиговым относят строительный, высокопрочный и формовочный гипсы, к высокообжиговым — ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент) и высокообжиговый гипс (эстрихгипс).

Строительным гипсом называют воздушное вяжущее вещест­во, полученное путем тепловой обработки гипсового камня при 110— 180 °С и последующего тонкого помола.

Производство строительного гипса. Имеется несколько техно­логических схем: помол сырья и по­следующая тепловая обработка; те­пловая обработка камня и помол после обработки; помол и обжиг со­вмещены в одном аппарате.

Тепловую обработку гипсового камня можно проводить в вароч­ных котлах, сушильных барабанах и мельницах. Наиболее простым и распространенным способом про­изводства строительного гипса яв­ляется тепловая обработка тонко­молотого сырья в гипсоварочном котле периодического действия.

Гипсоварочный котел (рис. 7.2) представляет собой стальной бара­бан (вместимость 12...15 м³), футе­рованный огнеупорным кирпичом. Внутри котла находятся жаровые трубы и. мешалка для перемеши­вания гипса.

Варочные котлы отличаются простотой конструкции и обслужи­вания, позволяют получить вяжущее хорошего качества, так как при варке не происходит непосредственного контакта теплоносителя и гип­сового порошка и он не засоряется продуктами сгорания топлива.

Измельченный в мельнице порошок загружают через загрузоч­ный люк в варочный котел.

Топочные газы подогревают днище и стенки котла, проходят в жаровые трубы и затем попадают в дымовую трубу (продолжитель­ность варки 1...3 ч). Двуводный гипс обезвоживается и превращается в полуводный гипс.

При 110... 180 °С довольно быстро происходит дегидратация гип­сового камня:

CaS0₄ • 2Н₂0 = CaS0₄ • 0,5Н₂0 + 1,5Н₂0.

Таким образом, строительный гипс состоит в основном из полу- в одд ащ. Хй пс a.

После окончания обжига гипс через выгрузочное устройство по­ступает в камеру томления и выдерживается в ней в течение 20...40 мин для выравнивания состава (дегидратация неразложивше- гося природного гипса и переход в полугидрат).

При производстве гипса в сушильных барабанах продукт имеет более высокие прочностные показатели, чем при использовании ва­рочных котлов.

В сушильных барабанах (вращающихся печах) происходит не­посредственное соприкосновение раскаленных топочных газов с дви­жущимся навстречу дробленым гипсовым камнем. Помол гипса по­сле обжига производят в шаровой мельнице.

Производство гипсового вяжущего по совмещенной схеме помо­ла и обжига происходит в мельницах. В мельницах гипсовый камень измельчается, мелкие частицы подхватываются потоком горячих ды­мовых газов, поступающих в мельницу. Частицы, находясь во взве­шенном состоянии, обезвоживаются и превращаются в полуводный гипс. В мельницах обеспечивается непрерывность работы.

Наибольшая производительность обеспечивается при совме­щенном помоле и обжиге гипса, несколько меньшая — при обжиге в сушильном барабане и наименьшая — при варке в котлах. Однако качество гипса в гипсоварочных котлах значительно выше.

Твердение строительного гипса. При твердении затворенно­го водой гипса наблюдаются все процессы, присущие вяжущим веще­ствам, образовавшееся гипсовое тесто большой подвижности вскоре уплотняется и густеет (начало схватывания); при дальнейшем уплотнении масса загустевает, представляя собой твердое тело (конец схватывания).

В дальнейшем процесс сопровождается ростом прочности с об­разованием гипсового камня. Процесс твердения полуводного гипса происходит в результате гидратации полуводного гипса.

Согласно теории твердения академика А.А. Байкова процесс твердения протекает в три периода.

Первый и&ошв^—jрастворение — начинается с момента сме­шивания гипса с водой. Происходит растворение полуводного гипса, одновременное присоединение 1,5 молекулы воды и образование дву- водного гипса. Этот период сопровождается небольшим повышением температуры.

Второй период — коллоидация — соответствует началу схваты­вания! Двуводный гипс менее растворим, чем полуводный, поэтому насыщенный раствор полуводного гипса становится пересыщенным по отношению к двуводному гипсу и последний выпадает из раствора. Вода взаимодействует с полуводным гипсом с прямым присоединени­ем ее к твердому веществу. Образуется коллоидная масса — гель.

Тестообразная масса теряет пластичность в результате коллои- дации, но еще не приобретает механической прочности/

Третий период — кристаллизация — характеризуется перехо­дом коллоидный частиц дву в одного гипса в кристаллический сросток, что сопровождается твердением системы и нарастанием механиче­ской прочности.

Рассмотренные периоды не следуют в строгой последовательно­сти, а налагаются один на другой.

Высыхание твердеющей массы приводит к повышению прочно­сти гипсового камня. QC

Свойства строительного гипса. Строительный гипс пред­ставляет собой белый или светло-серый порошок, ^тинная плот- HOCTi^jy3^ в рыхлом состоянии

j?0Q.., 1 IQQjeo^M^ 145 0JSJYM³; **

Основными свойствами гипса являются тонкость помола, водо- . потребность (нормальная густота), сроки схват^а^ия, пррч^стьГ

Тонкость помола характеризуется остатком на сите № 02. Различают грубый^^ средний и тонкий помол вяжущего. Обозначают каждую группу индексами !, II и III: I — грубый помол, остаток на сите не более 23%, II — средний помол, остаток на сите не более 14%; III — тонкий помол, остаток на сите не более-2%.

Водопотребностъ гипса определяется количеством воды (в %), необходимой для получения теста заданной подвижности.

Реологические свойства теста оценивают в соответствии с мето­дами его укладки в дело. Гипсовое тесто обычно формуют литьем, оно представляет собой вязкопластичную массу, поэтому стандартную

консистенцию (нормальная гус­тота) оценивают стандартным вискозиметром Суттарда (рис, 7.3) по диаметру расплыва теста, вы­текающего из полого цилиндра без дна. Диаметр расплыва теста стандартной консистенции дол­жен быть равен (180 ±5) мм. Нор­мальная густота гипсового теста требует 50...70% воды по массе вяжущего.

Строительный гипс является быстросхватывающимся и быст- ротвердеющим вяжущим веществом. Сроки схватывания определяют на приборе Вика по глубине погружения иглы в гипсовое тесто нор­мальной густоты. Согласно ГОСТ 125-^-79 различают следующие группы гипса: А — быстросхватывающи^ ания не

ранее 2 мин, окончание — не позднее 15 мин); Б — нормально схва_:_

тывающийся (начало схватывания не ранее 6 мин, окончание — не позднее 30 мин); В — медленносхватыва|ощийся (начало схватыва­ния не ранее 20 мин, охсончание не нормируется).

При схватывании и твердении гипс расширяется в объеме до 1%. Способность гипса расширяться позволяет применять его без запол­нителей (в отличие от других вяжущих), не опасаясь растрескивания изделий от усадки.

Быстрое схватывание затрудняет работу с гипсом. В случае необходимости к гипсу добавляют замедлители схватывания в коли­честве 0,1...0,55% по массе гипса (животный клей, столярный клей сульфитно-спиртовая барда и другие органические клееподобные ве­щества). При добавлении замедлителя начало схватывания замедля­ется до 30 мин (прочность снижается до 10%).

При изготовлении гипсовых изделий, иногда возникает необхо­димость ускорения схватывания гипса. В этих случаях к нему добав­ляют природный гипсовый камень или поваренную соль (1% гипса и 0,5% соли).

Прочность гипса характеризуется маркой, которую устанавли­вают по пределу прочности при сжатии образцов-балочек размером 40x40x160 мм, изготовленных из теста нормальной густоты и испы­танных через 2 ч после затворения гипса водой.

Сначала балочки испытывают на изгиб до разрушения, а полу­ченные полубалочки испытывают на сжатие. Установлены следую­щие марки: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25.

Предел прочности при изгибе соответствующих марок меняется

Условное обозначение гипсового вяжущего дает информацию о его основных свойствах. Например, гипсовое вяжущее Г-5 БП: нор­ма льнотвердеющее (Б), среднего помола (П), прочность при сжатии не менее 5МПа.

Гипсовые вяжущие гигроскопичны, имеют низкую водостой­кость. Поэтому прочность гипсовых изделий при увлажнении снижа­ется на 40...60%, их следует применять в помещениях с относительной влажностью воздуха до 60%.

Строительный гипс применяют для изготовления перегородоч­ных плит и панелей, вентиляционных коробов, гипсокартонных лис­тов (сухая штукатурка), акустических плит, для приготовления гип­совых и известково-гипсовых штукатурных растворов, а также для изготовления различных архитектурных деталей методом отливки.

При транспортировании и хранении гипсовые вяжущие долж­ны быть защищены от увлажнения и загрязнения.

Высокопрочный гипс является разновидностью строительного. Отличается от строительного гипса способом тепловой обработки. Теп­ловую обработку двуводного гипса проводят в автоклаве под давлени­ем пара 0,13 МПа при 124 °С в течение 5 ч с последующей сушкой и измельчением в порошок. При этом образуются более крупные кри­сталлы, обусловливающие высокие прочностные характеристики и меньшую водопотребность. Нормальная густота 40...45%, прочность при сжатии не менее 25—30 МПа. Сроки схватывания примерно та­кие же, как и у строительного гипса^-^^^? З^Я^Ь Ф

Используют высокопрочный'гиго в металлургической промыш­ленности для изготовления форм, а также применяют для изготовле­ния архитектурных деталей и строительных изделий повышенной прочности.