§ 36. Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовыми вяжущими веществами называют матери­алы, состоящие из полуводного гипса или ангидрита и получаемые путем тепловой обработки тонко измельчен­ного исходного сырья.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служат природный двуводный гипс CaSC>4-2H₂0, назы­ваемый гипсовым камнем, природный ангидрит CaS0₄H некоторые отходы промышленности, содержащие двувод­ный или безводный сернокислый кальций (фосфогипс, борогипс и др.).

Гипсовые вяжущие вещества в зависимости от тем­пературы тепловой обработки сырья разделяют на две группы: низкообжиговые и высокообжиговые. Низкооб­жиговые гипсовые вяжущие получают тепловой обработ­кой двуводного гипса при 110—180°С; они состоят глав­ным образом из полуводного гипса CaS0₄-0,5H₂0 и ха­рактеризуются быстрым твердением. Высокообжиговые гипсовые вяжущие обжигают при 600—1000°С; в них преимущественно входит безводный гипс — ангидрит CaS0₄, отличаются они медленным твердением. К низко- обжиговым гипсовым вяжущим веществам относят фор­мовочный строительный и высокопрочный гипс, а также гипсовые вяжущие из гипсосодержащих материалов, к высокообжиговым — ангидритовое вяжущее (ангидрито­вый цемент) и высокообжиговый гипс (экстрих-гипс).

Производство строительного гипса. Строительным гип­сом называют воздушное вяжущее вещество, получаемое тепловой обработкой при 110—180°С природного гипсо­вого камня с последующим или предшествующим этой обработке измельчением в тонкий порошок. При этом до­вольно быстро происходит дегидратация двуводиого гипса по реакции CaSC)4-2H₂O = CaSC)4-0,5H₂o4-l,5H2O. Таким образом, строительный гипс состоит в основном из полуводного гипса.

Строительный гипс можно изготовлять также одно­временным измельчением и обжигом гипсового камня в одном аппарате. Тепловую обработку гипсового камня производят в варочных котлах, сушильных барабанах, вращающихся печах, шахтных мельницах и др. Наиболее простым и распространенным способом производства строительного гипса является обжиг предварительно из­мельченного гипсового камня в варочных котлах.

Варочные котлы могут быть периодического и непре­рывного действия. Котел периодического действия пред­ставляет собой стальной цилиндр объемом от 3 до 15 м³, футерованный кирпичной кладкой (рис. 42). Внутри кот­орого

ла находятся четыре жаро­вые трубы и мешалка в ви­де вертикального вала с ло­пастями. Под котлом распо­ложена топка. Топочные га­зы после обогрева днища поступают в кольцевые газо­ходы и омывают последова­тельно нижнюю, среднюю и верхнюю части стенки котла, а также проходят через жа­ровые трубы нижнего и верхнего ярусов.

Кусковой гипсовый ка­мень дробят, подсушивают и измельчают в мельнице. За­тем порошок загружают че­рез загрузочный люк в ва­рочный котел, где в течение 1—3 ч двуводный гипс обез­воживается и превращается в полуводный гипс. В процессе варки гипс интенсивно перемешивается и равномерно нагревается, что обеспе­чивает получение однородного продукта высокого качест­ва. После окончания варки гипс через разгрузочное от­верстие в нижней части котла поступает в бункер том­ления и выдерживается там в течение 20—40 мин. Здесь за счет теплоты выгружаемого материала в нем продол­жается дегидратация оставшихся в большом количестве зерен двугидрата.

При обжиге кускового гипсового камня в сушильном барабане (вращающейся печи) происходит непосредст­венное соприкосновение раскаленных дымовых газов с медленно движущимся дробленым гипсовым камнем. По­сле обжига гипс измельчают в шаровой мельнице.

Совместный обжиг гипсового камня и его помол производят в шаровых мельницах. В них гипсовый ка­мень измельчается, мелкие частицы его подхватываются потоком поступающих в мельницу горячих дымовых га­зов. Находясь во взвешенном состоянии, частицы гипсо­вого камня обезвоживаются до превращения в полувод­ный гипс и выносятся дымовыми газами из мельницы в пылеосадительные устройства. Основное преимущество данного способа — непрерывность работы и более высокая производительность агрегатов по сравнению с вароч­ными котлами.

Твердение строительного гипса. При затворении полу- водного гипса водой образуется пластичное тесто, кото­рое быстро загустевает и переходит в камневидное со­стояние. Процесс твердения полуводного гипса происхо­дит в результате гидратации полуводного гипса, т. е. присоединения к нему воды и перехода его в двуводный гипс: CaS0₄-0,5H20-i-l,5H₂0 = CaS04-2H20.

Согласно теории А. А. Байкова, процесс твердения можно разделить на три периода. В первый период, на­чинающийся с момента смешивания гипса с водой, по- луводный гипс растворяется. Одновременно он гидрати­руется, присоединяя 1,5 молекулы воды и превращаясь в двуводный гипс. Так как двуводный гипс значительно менее растворим, чем полуводный, то образовавшийся вначале насыщенный раствор полуводного гипса стано­вится пересыщенным по отношению к двуводному гипсу, и тот выпадает из раствора. Во втором периоде вода взаимодействует с полуводным гипсом с прямым присое­динением ее к твердому веществу. Это приводит к воз­никновению двуводного гипса в виде мельчайших кри­сталлических частичек и к образованию коллоидной мас­сы— геля. При этом происходит схватывание массы. В третьем периоде коллоидные частички двуводного гип­са перекристаллизовываются с образованием более круп­ных кристаллов, которые срастаются между собой с об­разованием кристаллических сростков, что сопровожда­ется твердением системы и ростом ее прочности. Однако рассмотренные периоды не протекают в строгой последо­вательности, а налагаются один на другой.

Дальнейшее высыхание твердеющей массы приводит к значительному повышению прочности гипса. Для ус­корения твердения применяют искусственную сушку гип­совых изделий при температуре не выше 60—65 °С. При более высокой температуре может начаться процесс раз­ложения двуводного гипса, сопровождаемый резким по­нижением прочности. При твердении гипс увеличивается в объеме до ,1 %, хорошо заполняя формы при отливке гипсовых изделий.

Свойства строительного гипса. Строительный гипс представляет собой порошок белого цвета; плотность его в рыхлом состоянии колеблется в пределах 800— 1100 кг/м³, а в уплотненном—1250—1450 кг/м³, истин пая плотность 2,6—2,7-5 г/см³. Он является быстросхва- тывающимся и быстротвердеющим вяжущим веществом, к основным свойствам которого относят водопотреб- ность, сроки схватывания, тонкость помола и предел прочности при сжатии и изгибе.

Нормальная густота гипсового теста характеризует­ся количеством воды (в %), при котором получается тесто заданной подвижности. Строительный гипс облада­ет большой водопотребностыо. Для получения теста нор­мальной густоты необходимо 50—70 % воды по массе гипса.

Сроки схватывания¹ гипсового теста нормальной гус­тоты определяет на приборе Вика по глубине погруже­ния иглы в гипсовое тесто. По срокам схватывания гипс делят на три группы; А — быстросхватывающийся (на­чало схватывания 2 мин и конец схватывания 15 мин); Б — нормально схватывающийся (соответственно 6 мин и 30 мин); В—медленносхватывающийся (начало схва­тывания не ранее 20 мин с момента затворения гипсо­вого теста).

Быстрое схватывание гипса затрудняет работу, по­этому в случае необходимости к гипсу добавляют замед­лители схватывания (животный клей, сульфитно-дрож­жевую бражку — СДБ) в количестве 0,1—0,3% по мас­се гипса. При производстве гипсобетонных изделий мо­жет возникнуть необходимость в ускорении схватывания гипса, тогда к нему добавляют в небольшом количестве природный двуводный гипс и поваренную соль.

Прочность гипса характеризуется пределом прочно­сти при сжатии образцов-балочек размером 4GX40X XI60 мм из гипсового теста нормальной густоты, испы­танных через 1,5 ч после изготовления.

По пределу прочности при сжатии установлено 12 марок гипса: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25, при этом минимальный предел прочности при изгибе для каждой марки должен соот­ветствовать значению соответственно от 1,2 до 8 МПа.

Вследствие сравнительно высокой растворимости дву­водного гипса прочность гипсовых изделий при

Схватывание — процесс постепенного загустевания относитель­

но подвижной смеси вяжущего с водой и приобретения ею такой

начальной прочности, при которой ее механическая переработка ста­новится практически затруднительной и даже невозможной (в конце схватывания).

увлажнении резко снижается (на 40—70 %) и обнаруживаются пластические деформации. Водостойкость гипса по­вышают добавлением молотого гранулированного домен­ного шлака. Кроме того, водостойкость гипсовых изде­лий увеличивают, покрывая их поверхности различными составами, образующими водонепроницаемые пленки.

Применение строительного гипса. Строительный гипс применяют для производства перегородочных плит и па­нелей, гипсокартонных листов, вентиляционных коробов и других изделий и деталей, используемых в конструк­циях зданий и сооружений при относительной влажности воздуха не более 60 %. Из строительного гипса изготов­ляют гипсовые и известково-гипсовые штукатурные рас­творы, декоративные, теплоизоляционные и отделочные материалы, а также различные архитектурные детали методом отливки.

Строительный гипс транспортируют обычно навалом в вагонах и автомашинах. Во время перевозки и хранения его необходимо за­щищать ог увлажнения и засорения посторонними примесями. Гипс не рекомендуется долго хранить, даже при хранении в сухих усло­виях активность его постепенно снижается.

Высокопрочным гипсом называют вяжущее, состоящее в основном из полуводного сульфата кальция, получае­мое термической обработкой двуводного гипса в автоклаве под давлением пара или кипячением в водных раство­рах некоторых солей с последующими сушкой и измель­чением в тонкий порошок. Он обладает меньшей водо- потребностью (около 45 %), что позволяет получать гип­совые изделия с большими плотностью и прочностью.

Предел прочности при сжатии высокопрочного гипса не менее 25—30 МПа. Сроки схватывания высокопроч­ного гипса примерно такие же, как и у строительного.

Высокопрочный гипс применяют для изготовления ар­хитектурных деталей и строительных изделий с повы­шенными требованиями по прочности.