Строительные материалы

Задание 2. Определение предела прочности на растяжение при изгибе и на сжатие образцов из гипсового камня.

Задание 3. Определение конца текучести и сроков схватывания гипсового теста стандартной консистенции.

Задание 4. Определение тонкости (степени) помола гипсового вяжущего.

Задание 5 (исследовательское). Регулирование сроков схватывания гипсового теста.

Задание 6 (исследовательское). Определение водостойкости гипсового камня.

Задание 7 (исследовательское). Получение высокопрочного гипсового камня фильтрационным прессованием.

Задание 8. Исследование влияния волокнистого наполнителя на свойства гипсового камня.

5.3.Общие сведения о гипсовых вяжущих

5.3.1.Краткие сведения о процессах получения

итвердения гипсовых вяжущих

Сырьем для получения гипсовых вяжущих являются:

1) природный гипсовый камень – осадочная горная порода, состоящая, в основном, из минерала гипса (двуводного гипса)

СаSO4 2Н2О;

2) ангидрит СаSO4;

3) отходы промышленности.

На территории Республики Беларусь разрабатываемых месторождений указанной горной породы нет, и сырье приходится завозить с немалыми расходами на транспорт. В то же время остаются почти не использованными миллионы тонн фосфогипса – отходы производства фосфорной кислоты на Гомельском химическом заводе, которые почти целиком состоят из двуводного сульфата кальция, представляющего собой первосортное сырье для производства вяжущих. Однако содержащиеся в отходах примеси фосфорной кислоты, кислых фосфатов и других веществ затрудняют их переработку в вяжущее. К тому же эти примеси токсичны и представляют собой серьезную угрозу окружающей среде. Тем более необходимо найти пути утилизации фосфогипсовых отходов. Этой проблемой заняты многие организации в нашей стране и за рубежом. Значи-

111

тельная работа по нейтрализации вредных примесей и получению высококачественного гипсового вяжущего из фосфогипса проведена на кафедре «Строительные материалы» БНТУ.

Сырье подвергают термической обработке в печах или варочных котлах при температуре 110…180 С, а затем размалывают, или наоборот, сначала размалывают, а затем в виде порошка подвергают термической обработке.

Цель термической обработки – частичная (неполная) дегидратация двуводного сульфата кальция:

Образовавшийся водяной пар отводится, а полуводный сульфат кальция (полуводный гипс) придает продукту термообработки свойства вяжущего вещества, поскольку приобретает способность активно взаимодействовать с водой, гидратироваться и твердеть.

Кроме полуводного гипса, в продукте термообработки могут присутствовать:

1) примеси, содержащиеся в сырье (чем их меньше, тем качество вяжущего выше);

2) негидратированный двуводный гипс (если температура термообработки была недостаточно высокой);

3) полностью гидратированный гипс – ангидрит СаSO4 (если температура термообработки была слишком высокой).

Двуводный гипс и ангидрит с водой не реагируют, вяжущими свойствами не обладают, и поэтому их присутствие в гипсовом вяжущем нежелательно.

Высокопрочный гипс – разновидность полуводного гипса.

При получении гипсового вяжущего термообработкой сырья при атмосферном давлении образующийся полугидрат сульфата кальция приобретает кристаллическую форму β-модификации. Если термообработку вести в герметически закрытых аппаратах под давлением 0,2…0,3 МПа с последующей сушкой при t = 160…180 С, можно получить кристаллы полугидрата -модификации. Полуводный гипс -модификации имеет более крупные кристаллы, обусловливающие меньшую водопотребность гипса (40…45 % воды), что позволяет получать гипсовый камень с большей плотностью и прочностью. В этом случае качество гипсового вяжущего, в частно-

112

сти, прочность получаемых из него изделий, резко возрастает. Прочность за 7 суток достигает 15…40 МПа. Однако усложнение технологии, естественно, ведет к дополнительным расходам. Поэтому из экономических соображений основной объем гипсовых вяжущих в настоящее время производят термообработкой сырья при атмосферном давлении, т. е. с получением полуводного гипса β-модификации.

Процесс твердения гипсового вяжущего основан на реакции гидратации полуводного гипса:

т. е. идет реакция, обратная происходящей при термообработке сырья. Таким образом, термообработка природного минерала выводит его из устойчивого состояния, придает ему химическую активность, и в результате взаимодействия с водой вещество снова возвращается в термодинамически устойчивое состояние, но уже не в горной породе, а в строительных материалах, изделиях и конструкциях.

Процесс твердения гипсового вяжущего при взаимодействии с водой начинается с растворения полуводного гипса в воде. Растворимость двуводного гипса в 5 раз меньше растворимости полуводного, поэтому насыщенный по отношению к полуводному гипсу раствор оказывается пересыщенным по отношению к двуводному. В этих условиях двуводный гипс, связывая воду, выделяется из раствора в виде геля, что ведет к загустеванию гипсового теста, называемому схватыванием. Далее сравнительно быстро (по сравнению, например, с цементом) происходит образование кристаллических сростков, т. е. твердение.

По условиям твердения гипсовые вяжущие относятся к воздушным. Изделия из них обладают невысокой водостойкостью, т. е. при увлажнении их прочность резко снижается. Поэтому, как правило, они применяются для выполнения строительных работ в помещениях с сухим и нормальным режимами эксплуатации.

К основным показателям качествагипсовоговяжущего относят:

1)водопотребность нормальной густоты;

2)сроки схватывания;

3)прочность на растяжение при изгибе и при сжатии образцов из затвердевшего гипсового теста (марка);

4)тонкость помола.

113

Кроме того, гипсовые вяжущие обладают такими характерными свойствами, как:

1)быстрое схватывание и твердение;

2)расширение при твердении с увеличением в объеме до 1 %. Свойства гипсовых вяжущих регулируют путем введения:

1)химических добавок, ускоряющих или замедляющих сроки

схватывания и твердения; 2) волокнистых минеральных и органических наполнителей и

заполнителей, которые снижают ползучесть влажной гипсовой отливки, повышают предел прочности при изгибе и растяжении, уменьшают хрупкость гипсового камня и его плотность.

5.3.2. Виды и марки гипсовых вяжущих

Гипсовые вяжущие (ГВ) по ГОСТ 125-79 в зависимости от свойств разделяются на марки, группы и виды. Это деление основано на таких показателях, как сроки схватывания, тонкость помола, прочность при сжатии и изгибе.

В зависимости от сроков схватывания ГВ разделяют на: быстротвердеющие (А), нормальнотвердеющие (Б) и медленнотвердеющие (В) (табл. 5.1).

Т а б л и ц а 5.1

Виды гипсового вяжущего по срокам схватывания

В зависимости от пределов прочности различают 12 марок гипсовых вяжущих, обозначаемых Г-n, где n – минимальный предел прочности при сжатии образцов в возрасте 2 ч. Например, марка вяжущего Г-5 соответствует пределу прочности при сжатии не менее 5 МПа, при изгибе - не менее 2,5 МПа, как показано в табл. 5.2.

114

Т а б л и ц а 5.2

Марки гипсовых вяжущих (по прочности)

В зависимости от степени помола различают вяжущее грубого (I), среднего (II) и тонкого (III) помола (табл. 5.3).

Т а б л и ц а 5.3

Виды гипсовых вяжущих в зависимости от степени помола

Области применения ГВ в зависимости от их свойств определяются стандартом и указаны в табл. 5.4.

115

Т а б л и ц а 5.4

Области применения ГВ в зависимости от его марки и вида

Задания

Задание 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАНДАРТНОЙ КОНСИСТЕНЦИИ (НОРМАЛЬНОЙ ГУСТОТЫ) ГИПСОВОГО ТЕСТА

Гипсовое тесто представляет собой пластичную тестообразную массу, состоящую из гипсового вяжущего и воды, взятых в определенном соотношении и тщательно перемешанных до полной однородности. Количественное соотношение воды и гипсового вяжущего в тесте называется водогипсовым отношением (В/Г).

Стандартная консистенция (нормальная густота) гипсового теста определяется по диаметру его расплыва при вытекании из полого цилиндра без дна (вискозиметра Суттарда) при его поднятии. Диаметр расплыва теста стандартной консистенции должен быть равен (180 5) мм.

116

Количество воды, соответствующее нормальной густоте, выражается в процентах как отношение массы воды, необходимой для получения гипсовой смеси стандартной консистенции, к массе гипсового вяжущего:

Приборы и материалы

1.Прибор (вискозиметр Суттарда) в виде цилиндра из нержавеющего металла с полированной внутренней поверхностью.

2.Весы по ГОСТ 19191-74 с погрешностью определения массы не более 1 г.

3.Ручная мешалка, имеющая более трех петель из проволоки диаметром 1…2 мм.

4.Стекло с рядом нанесенных концентрических окружностей диаметром от 150 до 220 мм через каждые 10 мм и диаметром от 170 до 190 мм через каждые 5 мм.

5.Чашка из коррозионностойкого материала вместимостью более 500 см3.

6.Цилиндр для отмеривания воды.

7.Нож или линейка.

8.Гипсовое вяжущее.

Методика испытаний

Определение нормальной густоты гипсового вяжущего производят на приборе (вискозиметре Суттарда) из нержавеющего металла с полированной внутренней поверхностью в виде цилиндра высотой 100 мм внутренним диаметром 50 мм (рис. 5.1).

На стекле или специальной бумаге, находящейся под стеклом, нанесены концентрические окружности через каждый сантиметр, облегчающие замер расплыва.

Рис. 5.1. Вискозиметр Суттарда

117

Последовательность действий во время опыта:

1.Подготовить вискозиметр Суттарда. Тщательно очистить цилиндр, протереть влажной мягкой тканью его внутреннюю поверхность и стекло и разместить цилиндр строго в центре окружностей. Круглодонную чашку для затворения гипсового теста также следует очистить и протереть влажной тканью.

2.Отвесить 300 г гипса и отмерить воду(50…70 % от массы гипса).

3.Влить воду в смесительную чашку, а затем в течение 2…5 с всыпать гипсовое вяжущее (а не наоборот). Массу перемешивать ручной мешалкой снизу вверх в течение 30 с, начиная отсчет времени от начала всыпания ГВ в воду до получения вполне однородной массы.

4.После окончания перемешивания цилиндр, установленный в центре стекла, быстро наполнить гипсовым тестом, излишки которого срезать влажным ножом или линейкой. Через 45 с от начала засыпания гипса в воду или через 15 с после окончания перешивания цилиндр очень быстро поднимают строго вертикально на высоту 15…20 см и отводят в сторону. Время перемешивания строго соблюдают, так как вязкость гипсового теста быстро возрастает со временем, и нарушение продолжительности перемешивания дает искаженные результаты испытания.

Гипсовое тесто растекается по поверхности стекла в виде конической лепешки, нижний диаметр которой характеризует консистенцию теста.

Диаметр расплыва измеряют непосредственно после поднятия цилиндра в двух перпендикулярных направлениях с погрешностью не более 5 мм и вычисляют среднее арифметическое значение. Если

диаметр расплыва не соответствует 180 5 мм, испытание повторяют с иным количеством воды.

Если диаметр лепешки меньше 18 см, тесто слишком густое, следовательно, воды для затворения гипса взято мало. Если диаметр лепешки больше 18 см, - тесто слишком жидкое и содержит лишнюю воду.

Результаты испытаний

Результаты определения стандартной консистенции (нормальной густоты) гипсовоготеста заносят в лабораторный журнал(табл. 5.5).

118

Т а б л и ц а 5.5

Прибор ___________________

Сделать выводы по результатам задания 1.

На основании полученных данных стандартная консистенция (нормальная густота) гипсового теста соответствует водопотребности Х в процентах.

Эта характеристика используется при выполнении последующих заданий лабораторной работы.

Задание 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ НА РАСТЯЖЕНИЕ ПРИ ИЗГИБЕ И НА СЖАТИЕ ОБРАЗЦОВ

ИЗ ГИПСОВОГО КАМНЯ

Согласно ГОСТ 23789, прочность затвердевшего гипсового теста (гипсового камня) характеризуется пределом прочности на растяжение при изгибе и на сжатие. В зависимости от этих показателей различают марки гипсовых вяжущих.

Приборы и материалы

1.Чашка из коррозионностойкого материала вместимостью более 500 см3.

2.Ручная мешалка, имеющая более трех петель из проволоки диаметром 1…2 мм.

119

3.Весы по ГОСТ 19191-74 с погрешностью определения массы не более 1 г.

4.Формы из коррозионностойкого материала для изготовления образцов-балочек размерами 40х40х160 мм по ГОСТ 310.4-81.

5.Прибор для испытания на изгиб по ГОСТ 310.4-81.

6.Прибор для определения прочности на сжатие, состоящий из двух металлических пластин твердостью по Роквеллу НRC не менее 60.

7.Пресс для определения предела прочности образцов при сжатии с предельным усилием до 1000 Н.

8.Образцы, изготовленные из гипсового теста стандартной консистенции.

9.Мерные стеклянные цилиндры для отмеривания требуемого количества воды.

10.Гипсовое вяжущее.

Методика испытаний

Определение предела прочности при изгибе и сжатии на образцах из гипсового вяжущего производят по ГОСТ 23789-79 следующим образом:

1. Изготавливают три образца-балочки размером 40х40х160 мм. Для этого берут пробу гипсового вяжущего массой 1,3 кг и в течение 20 с засыпают в чашку с водой, взятой в количестве, необходимом для получения теста стандартной консистенции (нормальной густоты). После засыпания вяжущего смесь интенсивно перемешивают ручной мешалкой в течение 60 с до получения однородного теста, которое затем немедленно заливают в металлические формы, внутренняя поверхность которых слегка смазана минеральным маслом.

Отсеки формы наполняют одновременно, для чего чашку с гипсовым тестом равномерно продвигают над формой, разливая гипсовое тесто тонкой струей.

Для удаления вовлеченного воздуха после заливки форму встряхивают, поднимая и опуская ее за торцовую сторону на высоту 8…10 мм. После наступления начала схватывания излишки гипсового теста снимают линейкой или ножом, передвигая их по верхним граням формы перпендикулярно к поверхности образцов.

Через 15 5 мин после конца схватывания образцы извлекают из формы, осматривают, маркируют и хранят в помещении для испытаний.

120