2.2.6 Гіпсові в'яжучі речовини

Гіпсові в'яжучі речовини одержують термічним обробленням гіпсо­вого каменю. Природний сульфат кальцію - гіпс - містить дві молекули води на одну молекулу сульфату CaS0₄-2H₂0. При нагріванні він розкла­дається, втрачаючи воду і утворюючи напівгідрат CaSO₄-0,5H₂O, причому при температурі 110-170°С утворюється дрібнокристалічний, т. зв. р-напів-гідрат (промисловий продукт - будівельний гіпс), а при 115-200°С - велико-кристалічний а-напівгідрат (високоміцний гіпс).

Будівельний та високоміцний гіпс - в'яжучі речовини, які швидко тужавіють і швидко твердіють. Гіпсова суспензія тужавіє звичайно за 15 хвилин, а кінцеву міцність набуває за декілька годин, при цьому міцність будівельного гіпсу становить до 5 МПа, високоміцного - до 20 МПа (після висихання) [200].

Швидкість тужавіння гіпсу зростає при підвищенні температури до 50°С. У ході подальшого збільшення температури терміни тужавіння продовжуються, а за температури понад 80-90°С гіпсовий розчин не тужавіє. Рухомість гіпсового розчину характеризується даними табл. 2.16, швидкість схоплювання - табл. 2.17.

Таблиця 2.16- Рухомість гіпсового розчину

Уповільнювач		В/Т	Dp, см	Уповільнювач		В/Т	Dp, см
Вид	Кількість від маси гіпсу, %			Вид	Кількість від маси гіпсу, %
-	-	0,5	7-8	Сульфонол	1,0	0,5	20
Бура	0,4	0,5	18	НЧК	10,0	0,4	25
Гексаметафос-фат натрію	0,1	0,5	18	ССБ	10,0	0,4	25

Штучний камінь утворюється переплетенням мікроскопічних кри­сталів двоводного гіпсу CaS0₄-2H₂0, які мають форму голок. Внаслідок високої розчинності сульфату кальцію затверділі гіпсові в'яжучі речовини розм'якшуються у воді і тому відносяться до повітряних в'яжучих ре­човин.

Найважливішою особливістю гіпсового каменю є його низька водо­стійкість. Внаслідок розчинення у воді двоводного сульфату кальцію,

239

Таблиця 2.17 - Швидкість охоплення розчинів високоміцного гіпсу з різними сповільнювачами (температура 22±2°С)

Вид сповільнювача	В/Т	Додаток сповільнюва­ча від маси гіпсу, %	τп.схопл. год.- хв..	σзгин. Через 3 год. тверднення у воді, МПа
-	0,5	-	0-05	3,5
Бура	0,5	0,5	0-40	2,2
-//-	0,5	0,7	4-00	-
Гексаметатостат натрію	0,5	0,1	1-15	1,9
Сульх онол	0,5	0,5	0-33	-
-//-	0,5	1,0	2-00	-
НЧК	0,4	1,0	0-20	1,4
-II-	0,4	2,0	5-40	1,2
ССБ	0,4	5,0	0-30	-
-II-	0,4	10,0	1-40	-

який утворює штучний камінь, міцність останнього швидко знижується, аж до повного руйнування. За модуля поверхні (відношення площі по­верхні до об'єму), що дорівнює 5м¹, штучний гіпсовий камінь, який знахо­диться в прісній воді, знижує свою міцність на 50% через 1 місяць. Якщо вода містить солі, які підвищують розчинність CaS0₄ (наприклад, NaCl), міцність знижується швидше. Додатки - уповільнювачі тужавіння - трохи підвищують водостійкість.

Міцність штучного каменю в залежності від додавання уповільню­вачів тужавіння така:

Водогіпсове відношення (В/Г) 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60

Напруга згину σ,,. (МПа) через 3 год.

твердіння у воді за t = 22°С та додавання:

бури 3,4 3,1 2,9 2,4 1,9 1,6

гексаметафосфату натрію 4,0 3,4 3,1 2,9 2,4 2,0

Однак, не дивлячись на розчинність двоводного гіпсу і невелику міцність каменю, гіпсові в'яжучі матеріали все ж таки використовуються для цементування свердловин, але з додаванням речовин, які уповіль­нюють тужавіння і підвищують водостійкість. Гіпс можна використову­вати для цементування свердловин за температур нижче 100°С та від­сутності контакту з напірними водоносними пластами. Перевага гіпсу як тампонажного матеріалу - невелике збільшення об'єму в результаті твердіння (0,1-0,5%). Водовіддача гіпсового розчину приблизно відпо­відає водовіддачі цементного розчину, а тепловиділення під час твердіння є трохи меншим.

Двоводний і напівводний гіпс застосовуються також як складові частини в інших тампонажних цементах.

240