Вяжущие вещства.

1. Виды гипсовых вяжущих веществ, особенности технологии их производства. Характеристика свойств гипсовых вяжущих и их рациональное применение при производстве строительных материалов и изделий.

Гипсовыми вяжущими веществами называют материалы, состоящие из полуводного гипса или ангидрида и получаемые обычно тепловой обработкой исходного сырья и его помолом.

Гипсовые воздушные вяжущие вещества подразделяются:

В зависимости от температуры тепловой обработки;

1) низкообжиговые (собственно гипсовые).

2) высокообжиговые (ангидридовые).

К низкообжиговым относятся: строительный гипс, формовочный гипс, высокопрочный (технический) гипс, гипсовые вяжущие из гипсосодержащих материалов.

К высокообжиговым относятся: ангидритовые вяжущие (ангидритовый цемент).

Строительным гипсом называется вяжущее вещество, состоящее из β-полуводного и получаемое обжигом природного гипса с последующем или предшествующем этой обработке измельчением в тонкий порошок. Обжигают строительный гипс в тепловых установках, в которых кристаллизуется вода, в основном виде пара, выделяется из двуводного гипса, что сопровождается образованием преимущественно β-полугидрата: CaSO₄∙2Н₂О = CaSO₄∙0,5Н₂О+1,5Н₂О (с поглощением тепла).

Производство строльного гипса из плотной гипсовой породы состоит из 3-х главных операций: дробление гипсового камня, помола и обжига материала.

Основные способы производства строительного гипса, применяемые в настоящее время, можно разделить на следующие 3 группы, характеризующиеся:

1) предварительной сушкой и измельчением сырья в порошок с последующей дегидратацией гипса (обжиг гипса в гипсосварочных котлах):

2) совмещением операций сушки, помола и обжига двуводного гипса;

3) обжигом гипса в виде кусков различных размеров в шахтных, вращающихся, камерных или др. печах; полугидрат в порошок измельчают после обжига.

Высокопрочный технический гипс – это вяжущее, состоящее в основном из α-модификации полуводного сульфата кальция, получаемое термической обработкой двуводного гипса в герметических аппаратах под давлением пара или кипячением ею в водных растворах некоторых солее с последующей сушкой и измельчением в тонкий

25 -30 MПa.

В зависимости от характера ТО способы производства высокопрочного гипса разделяются на:

- автоклавные,

- термообработка в жидких средах.

Формовочный гипс состоит преимущественно из β-полугидрата и отличается от строит. гипса более тонким помолом, большей прочностью и постоянством свойств.

Для его получения применяют гипсовый камень, содержащий не менее 95% CaSO₄·2H₂O.

ТО порошка гипсового камня обычно осуществляют в варочных котлах с большей продолжительностью цикла, чем при изготовлении строительною гипса, строго поддерживая заданную температуру. Формовочный гипс применяют для изготовления форм, моделей и изделий в строительной, керамической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Гипсовые вяжущие из гипсосодержащих материалов получают обжигом при температуре 160-200 °С гипсосодержащих природных материалов (гажи, глиногипса и др.) с последующим их помолом. Прочность этих вяжущих меньше, чем у строительного гипса, но пластичность выше. Их применяют наряду со строительным гипсом для получения кладочных и штукатурных растворов, а так же для изготовления строительных изделий. Для производства гипсовых вяжущих используют так же отходы промышленности.

Ангидритовое вяжущее состоит из нерастворимого ангидрита. Егo получают обжигом двуводного гипса при 600 - 700 °С с последующем измельчении продукта в гонкий порошок совместно с различными минеральными активаторами твердения. Вместо искусственно полученного ангидрида может быть использован природный.

Ангидритовый цемент при твердении в объеме не увеличивается, прочность тем выше, чем чище сырьё и чем тоньше помол цемента. Строительные растворы из ангидритового цемента выдерживают без видимого разрушения более 15 циклов замораживания и оттаивания.

Ангидритовый цемент применяют для устройства бесшовных полов и подготовки под линолеум, для изготовления штукатурных и кладочных растворов различных марок, легких бетонов с неорганическими и органическими заполнителями, тяжелых бетонов, а также для получения искусственного мрамора. Конструкции и изделия на основе этого вяжущего нельзя использовать при относительной влажности воздуха более 60 - 70 %.

Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс) - продукт, получаемый обжигом двуводного гипса при 800 - 1000 ⁰С с последующим измельчением. Производство этого вяжущего включает: дробление гипсового камня, обжиг в шахтно-полочных или других печах и измельчение остывшего продукта в шаровых или других мельницах до остатка на сите №02 не более 5%. Высокообжиговый гипс медленно схватывающееся вяжущее, водопотребность 30...35%. прочность 30 МПа и более. Его применяют для изготовления бесшовных полов и подготовок под линолеум, в растворах для кирпичной кладки и штукатурки, а также для производства изделий из искусственного мрамора.

Итак, низкообжиговые гипсовые вяжущие получают тепловой обработкой при низких температурах (110 - 180 ⁰С). Они состоят главным образом из полуводного гипса CaSO₄0,5Н₂O и характеризуются быстрым твердением. Высокообжиговые обжигают при высоких температурах (600 -700 °С): в них преимущественно входит безводный гипс (ангидрит CaSO₄), отличаются они медленным твердением. Иногда ангидритовое вяжущее получают только помолом природного ангидрита с активизаторами (без обжига).

Свойства (высокопрочного и строительного гипса):

1. Водопотребность (увеличивается с повышением степени его измельчения). Теоретически для гидратации требуется 18,6% воды от массы вяжущего.

практически для получения теста нормальной густоты: строительный гипс 50 -70% воды, а высокопрочный (технический) - 30 - 40%:

2.Сроки схватывания (ГОСТ 125 - 70)

Строительный гипс - начало не ранее 4 мин, конец не позднее 30 мин. Высокопрочный гипс - начало не ранее 4 мин, конец от 8 до 30 мин.

3. Плотность.

4. Прочность (ГОСТ 125 - 70)

Испытывают балочки размером 4*4* 16 см через 1,5 часа после изготовления.

5.Деформативность. Полуводный гипс при схватывании и твердении в первоначальный период обладает способностью увеличиваться в объеме на 0,5 - 1%. Такое увеличение не имеет вредных последствий. Оно очень ценно при изготовлении архитектурных деталей, т.к. при этом гипсовые отливки хорошо заполняют формы и точно передают их очертание.

6. Долговечность. Изделие из полуводного гипса характеризуются большой долговечностью при службе их в воздушно-сухой среде.

перегородочных плит и панелей, элементов заполнения междуэтажных и чердачных перекрытий зданий, вентиляционных коробов и др. изделий и деталей, используемых при влажности воздуха не более 60%. Также используют для производства различных архитектурных, огнезащитных, звукопоглощающих и др. изделий. Иногда изготавливают стеновые камни, панели и блоки.

Высокопрочный гипс применяется для тех же изделий, но повышенной прочности. При этом необходимо защищать наружные гипсовые конструкции от увлажнения (устройство надежной гидроизоляции на фундаментах под стенами, увеличенных свесов кровли и т.п.).

2. Виды строительных материалов и изделий, изготавливаемых на основе гипсовых вяжущих. Регулирование процессов гидратации и твердения строительного гипса в технологии производства строительных изделий и конструкций.

Изделия на основе гипса можно получать как из гипсового теста, т.е. из смеси гипса и воды, так и из смеси гипса, воды и заполнителей. В первом случае изделия называют гипсовыми, во втором - гипсобетонными. Вяжущими для изготовления гипсовых и гипсобетонных изделий в зависимости от их назначения служат гипсовое вяжущее, водостойкие ГЦПВ, а также ангидритовые цементы. В качестве заполнителей в гипсобетоне используют естественные материалы - песок, пемзу, туф, топливные и металлургические шлаки, а также легкие пористые заполнители промышленного изготовления - шлаковую пемзу, керамзитовый гравий, аглопорит и др. Органическими заполнителями являются древесные опилки, стружка или шерсть, бумажная макулатура, стебли и волокно камыша и др.

Для получения высокопористых теплоизоляционных гипсовых изделий - газогипса - в состав гипсовой массы вводят гипсообразующие добавки - разбавленную серную кислоту и углекальциевые соли, едкий натрий и пероксид водорода, при взаимодействии которых с гипсом выделяется газ, вспучивающий гипсовую массу. По назначению гипсовые и гипсобетонные изделия делят на панели и плиты перегородочные; листы облицовочные; плиты теплоизоляционные; камни для наружных стен; изделия для перекрытий; изделия огнезащитные; архитектурные детали.Изделия из гипса могут быть сплошными и пустотелыми, армированными и неармированными.Гипсовые изделия имеют ряд ценных качеств: сравнительно небольшая плотность, несгораемые, обладают хорошей звукоизоляцией и т.д. К числу недостатков гипсовых изделий следует отнести значительное понижение прочности при увлажнении, высокую ползучесть под нагрузкой, особенно при увлажнении.Гипсовые гипсобетонные изделия формуют различными способами: литьем, вибрированием, прессованием, прокатом - в процессе которых изделия быстро приобретают значительную прочность. К гипсовым крупноразмерным изделиям относятся перегородочные плиты и панели, получаемые из гипсобетонных и гипсоволокнистых масс, панели для санитарных узлов и кабин, получаемые на основе водостойкого ГЦПВ, плиты для настилов полов под линолеум, вентиляционные блоки и др. Гипсобетонные панели применяют для устройства несущих перегородок в жилых, общественных и производственных зданиях с относительной влажностью воздуха не более 60 %. Панели из гипсобетона могут изготавливаться методом непрерывного формования на прокатных станах и в кассетах. Гипсовые плиты для перегородок выпускают сплошные и пустотелые размером 800*400 мм, толщиной 80-100 мм. Гипсовые плиты поддаются механической обработке, гвоздятся, огнестойки, обладают высокими звукоизоляционными свойствами, гигроскопичны -водопоглощение составляет около 20 %. Свойства плит при повышенной влажности ухудшаются. Использование плит разрешается при относительной влажности воздуха не более 70 %. При небольшом объеме производства гипсовые перегородочные плиты изготавливают в разборных формах вагонетках. На крупных механизированных заводах изготовление плит ведут на высокопроизводительных карусельных формовочных машинах.Гипсовые вентиляционные блоки для жилищного строительства изготавливают на ГЦПВ размером «на этаж». Блоки устраивают со сквозными круглыми пустотами диаметром 140 мм, толщиной стенок 20 мм.Гипсокартонные листы представляют собой листовой отделочный материал, изготовленный из строительного гипса, армированный растительным волокном и оклеенный с обеих сторон картоном. В производстве таких листов применяют вещества, регулирующие сроки схватывания (гипс-двугидрат, поваренную соль, СДБ); добавки, облегчающие массу листов и снижающие расход вяжущего (древесные опилки, фибра); пенообразователи (козеин+омыленная канифоль, каустическая сода); клеящие вещества, содействующие сцеплению картона с гипсовым сердечником (дентрин, казеиновый клей, растворимое стекло) и клей для приклеивания кромок картона.

Схватывание и твердение строительного гипса. Схватывание и твердение вяжущего вещества заключается в том, что при смешивании водой оно образует пластичное тесто, превращающееся в последствии в твердое камневидное тело с определенной прочностью. Это превращение происходит не сразу, а постепенно и обуславливается рядом химических и физических процессов.

CaSO₄*0,5H₂O+l,5H₂O = CaSO₄*2H₂O

Современный уровень знаний позволяет утверждать, что затвердевание и упрочнение гипса объясняется срастанием мельчайших (коллоидных размеров) малорастворимых кристалликов двуводного гипса в процессе образования их из раствора при сильном его пересыщении, поддерживаемом (пока идет химическая реакция гидратации гипса) более высокой растворимостью исходного вещества. При этом рост прочности системы обычно заканчивается несколько раньше полного перехода полуводного гипса в двуводный. Строительный гипс является быстросхватывающимся и быстротвердеющим вяжущим веществом: начало схватывания должно наступать не ранее 4мин., а конец - не позднее 30, но не ранее 6 мин. с момента затворения водой. Сроки схватывания гипса зависят от свойств сырья, условий изготовления, длительности хранения, количества вводимой воды, температуры вяжущего и воды, наличия добавок и др. Ускоренную гидратацию полуводного гипса вызывают содержащиеся в нем неразложившиеся частицы двугидрата; при пониженном количестве воды схватывания гипса ускоряется и наоборот. Повышение температуры гипсового теста до 40-45 С способствует ускорению его схватывания, а выше этого предела, наоборот, замедлению. Быстрое схватывание гипса затрудняет в ряде случаев его испытание и вызывает необходимость применять замедлители схватывания (кератиновый и известково-клеевой замедлители, сульфидно-дрожжевая бражка и т.д.) в количестве 0,1-0,3% от массы гипса. Замедлители схватывания уменьшают скорость растворения полуводного гипса. Они сжимают НГ гипсового теста на 10-15 %, что способствует повышению прочности гипсовых изделий. При необходимости ускорить схватывания гипса к нему добавляют двуводныи гипс, поваренную соль, серную кислоту. Ускорители схватывания действуют иначе, чем замедлители: одни из них повышают растворимость полуводного гипса, другие (двуводныи гипс) образуют центры кристаллизации, вокруг которых быстро закристаллизовывается вся масса..