2.1.2 Гипсовые вяжущие вещества

Все гипсовые вяжущие вещества относятся к воздушным вяжущим. Изготавливаются они из гипсового камня, преимущественно состоящего из двуводного гипса CaSO₄ ∙ 2H₂O. Реже для производства гипса используют природный CaSO₄.

Природный гипс (гипсовый камень) содержит некоторое количество примесей глины, песка, известняка, органических веществ. Цвет гипсового камня, не содержащего существенного количества примесей, приближается к белому. Примеси придают гипсу различные оттенки.

Обжиг гипсового камня осуществляется при температуре 120 – 180 ⁰С в незамкнутом пространстве. Это необходимо для удаления воды в виде пара:

CaSO₄ ∙ 2H₂O = CaSO₄ ∙ 0,5H₂O + 1,5H₂O.

Продукт обжига называют строительным гипсом. Он состоит из полугидрата CaSO₄ ∙ 0,5H₂O, содержит небольшое количество CaSO₄ и неразложившийся двуводный гипс.

Строительный гипс обладает способностью быстро твердеть. Однако основным недостатком данного вяжущего вещества является малая водостойкость продуктов его твердения.

При более высокой температуре (около 600 – 800 ⁰С) завершается дегидратация, и можно получать вяжущие вещества, состоящие преимущественно из CaSO₄:

CaSO₄ ∙ 0,5H₂O = CaSO₄ + 0,5H₂O.

При температуре около 1100 ⁰С может быть получен еще один вид вяжущего гипсового с основным составляющим - оксидом кальция.

Основная реакция процесса твердения гипса – образование двуводного сульфата кальция:

CaSO₄ ∙ 0,5H₂O + 1,5H₂O = CaSO₄ ∙ 2H₂O.

Несмотря на простоту реакции, особенности твердения гипса и механизм протекания очень сложны.

В строительстве гипс используется для изготовления сооружений, не контактирующих с водой. Значительную область применения нашли гипсовые материалы в медицине для изготовления гипсовых повязок, ортопедических корсетов, в зубоврачебном деле.

2.1.3 Магнезиальные вяжущие вещества

К данным вяжущим относят каустический магнезит и каустический доломит.

Каустический магнезит – продукт обжига магнезита (MgCO₃). В последствии его измельчают в тонкий порошок.

Каустический доломит – получают аналогичным образом из доломита (СаСО₃ ∙ MgCO₃).

Оба этих вяжущих вещества затворяются раствором хлорида магния определенной концентрации. Так же можно использовать раствор сульфата магния или растворы некоторых других солей.

Магнезит (горький шпат) в природе встречается в кристаллическом и аморфном виде. Первый имеет четкое кристаллическое строение и напоминает крупнозернистый мрамор. Второй имеет вид фарфоровой массы.

Природный магнезит всегда содержит различные примеси (глину, карбонат кальция). В зависимости от примесей магнезит бывает белого, желтого, серого и других цветов.

Природный доломит обычно содержит избыток карбоната кальция. Так же в доломите встречаются глинистые примеси. Цвет доломита в зависимости от примесей белый, желтый или буроватый. Соляная кислота действует на доломит только при нагревании или измельчении в порошок.

Производство магнезиальных вяжущих материалов заключается в добыче сырья, его дроблении, обжиге и помоле. При обжиге магнезит превращается в оксид магния по следующей реакции:

MgCO₃ = MgO + CO₂.

При условии полного выделения СО₂ качество каустического магнезита тем выше, чем ниже температура обжига (не более 1300 ⁰С). Каустический доломит обжигается при температуре 650 – 750 ⁰С (полуобжиг). При этом происходит разложение MgCO₃ до оксида магния и углекислого газа. Карбонат кальция остается, в основном, неразложенным. Таким образом, продукт обжига отличается от каустического магнезита тем, что наряду с оксидом магния содержит известняк и небольшое количество извести (СаО).

Если погасить каустический магнезит водой, то затвердевший продукт будет обладать сравнительно невысокой прочностью. В тоже время при затворении раствором хлорида магния или растворами других выше перечисленных веществ получится вяжущее вещество высокой прочности. Начало схватывания должно наступать не ранее, чем через 20 минут, а конец – не позднее шести часов от начала затворения.

Процесс твердения каустического магнезита заключается в гидратации оксида магния (вода из раствора MgCl₂):

MgО + Н₂О = Mg(ОН)₂.

Образующаяся на поверхности каждого зерна каустического магнезита пленка гидроксида магния препятствует проникновению воды во внутренние слои зерна и тем самым замедляет процесс твердения. Хлорид магния повышает растворимость Mg(ОН)₂, что способствует разрушению образовавшейся пленки и ускорению процесса твердения.

В настоящее время установлено, что при твердении каустического магнезита образуется в основном два соединения: гидроксид магния Mg(ОН)₂ и оксихлориды магния 2(3)MgО ∙ MgCl₂ ∙ 6Н₂О. Последние образуются за счет взаимодействия оксида магния и хлорида магния.

Магнезиальные вяжущие обладают относительно небольшой прочностью по отношению к воде.

Образующиеся продукты гидратации выделяются в виде студня, который с течением времени уплотняется. Это происходит за счет высыхания воды и ее расхода на гидратацию внутренних непрореагировавших слоев каустического магнезита.

Гидратация, содержащегося в каустическом доломите, оксида магния и образование Mg(ОН)₂ протекает так же, как и в каустическом магнезите. Карбонат кальция, хоть и разбавляет вяжущее, но придает раствору большую плотность, способствуя карбонизации извести. Известь в небольшом количестве образуется при обжиге. Возможны процессы взаимодействия между MgО и СаСО₃ с образованием комплексных соединений.

Магнезиальные вяжущие относят к воздушным вяжущим, слабо сопротивляющимся действию воды. Вода вымывает из них растворимые соли (например, MgCl₂).

Магнезиальные вяжущие строительные вещества обширно применяются для изготовления искусственного мрамора, штукатурок, термоизоляционных материалов, лестничных ступеней. Так же их используют при производстве подоконников и других строительных деталей. Важно отметить, что магнезиальные вяжущие вещества применяют преимущественно вместе с органическими заполнителями. Например, из спрессованной и затвердевшей древесной шерсти, связанной магнезиальным цементом, получают фибролит. Затвердевшую смесь мелких органических заполнителей (опилки хвойных пород) и магнезиального вяжущего называют ксилолит. Ксилолитовые изделия иначе называют магнолитовыми.