Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовые вяжущие вещества (ГВВ) относятся к классу воздушных вяжущих. Получают ГВВ термической обработкой природного гипсового камня СаSO₄2H₂O (двуводного гипса) до получения полу- или безводного сульфата кальция с предварительным или последующим помолом. В качестве сырья можно использовать и отходы – фосфогипс, цитрогипс и т.д.

Схема термического превращения двуводного гипса

СаSO₄ 2H₂O СаSO₄ 0,5H₂O +1,5Н₂О (15,76%)

 1150C  СаSO4 2H2O  1070C 
- СаSO4 0,5H2O	- СаSO4 0,5H2O
2100C	 180-2200C
- обезв. полугидрат (-5% Н2О)	- обезв. полугидрат (-5% Н2О)
300-3200C	 320-3600C
- растворимый ангидрит	 - растворимый ангидрит
 450 -	7500C 
нерастворимый агидрит – СаSO4
	 10000C
высокообжиговый гипс (эстрих гипс) СаSO4 + СаО

- СаSO₄ 0,5H₂O более крупные и плотные кристаллы, т.к. жидкость при повышенном давлении удаляется в капельном виде, а при атмосферном давлении в виде пара и разрушает кристаллы. - СаSO₄ 0,5H₂O обладает большей прочностью и меньшей водопотребностью.

ГВВ делят на две группы : низкообжиговые – температура термообработки до 200⁰С и высокообжиговые – выше 500⁰С. Низкообжиговые – быстро схватываются, быстро твердеют и обладают низкой прочностью, высокообжиговые – медленно схватываются, медленно твердеют и обладают высокой прочностью.

Схемы получения низкообжиговых гвв

1	2	3
добыча	добыча	добыча
		
дробление	дробление	дробление
		
помол	теплообработка+ помол	теплообработка
		
теплообработка	склад	помол
		
склад		склад

Характеристики схем

№ схемы	агрегат теплообработки	преимущества	недостатки
1	гипсоварочный котел, автоклав	высокое качество продукции ( и  модификации)	агрегаты периодического действия, низкая производительность.
2	сепарат. шар. трубна мельница.	компактная схема производства, высокая производительность.	низкое качество продукции, только  модификация
3	вращ. печь, сушильный барабан.	высокая производительность, высокое качество продукции.	только  модификация

Варка гипса – загрузка, варка при постоянном перемешивании до появления видимой усадки, выдержка в камере томления для более полного удаления воды.

 модификацию полуводного гипса можно получить не только под давлением, но и варкой в 30% растворе солей (MgSO₄, MgCl₂, Na₂CO₃+NaCl) за счет повышения температуры кипения. В этом случае к схеме производства добавляется стадия отмывки солей, которая производится горячей водой, затем гипс высушивают.

Гидратация и твердение низкообжиговых ГВВ

Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества твердеют в результате реакции с водой с образованием двуводного гипса:

CaSO₄ 0,5H₂O + 1,5H₂O  CaSO₄ 2H₂O

Теория твердения гипсовых вяжущих веществ Лавуазье (1765 г)

Три классических периода гидратации:

1. Растворение и образование раствора. Растворимость CaSO₄ 0,5H₂O в 3,5 раза выше, чем у CaSO₄ 2H₂O. В растворе находятся оба вида гипса, но раствор гораздо быстрее пересыщается двуводным гипсом.

2. Коллоидация. Образующийся в результате гидратации двуводный гипс уже не может растворяться в пересыщенном по отношению к нему растворе. Продукты выделяются в коллоидном состоянии в виде геля, затворенная масса теряет пластичность, происходит процесс схватывания.

3. Кристаллизация и твердение. Гель постепенно превращается в кристаллический сросток, нарастает механическая прочность, происходит процесс твердения.

Твердение происходит не строго по периодам. Обычно, особенно в начальное время твердения существуют раствор, коллоидные частицы и зародыши кристаллов.

Особенности твердения гипсовых вяжущих веществ

Теоретически для процесса гидратации полуводного гипса необходимо 18,6% воды, практически водопотребность гипсового вяжущего составляет  70%. Такое завышенное количество воды в основном обусловлено требованиями технологии изготовления изделий из гипса. Процесс схватывания и твердения гипсовых вяжущих довольно скоротечен. Для производства изделий из гипса, одна из важнейших характеристик – период текучести – время, в течение которого масса способна сохранят текучесть. Обычно период текучести длится 4 - 6 минут. Даже начавший схватываться гипсовый раствор нельзя подвергать механическим нагрузкам, т.к. разрушаются образовавшиеся кристаллические сростки. Дополнительное (излишнее) количество воды после полной гидратации гипса обволакивает кристаллы двугидрата, препятствует их сращиванию, что удлиняет время текучести. Одновременно избыток воды препятствует набору прочности уже заформованных изделий. Процесс ускоряют путем сушки (t обычно 50-60⁰С, для избежания процессов дегидратации). Возможность сушки – отличительная особенность твердения гипсовых изделий, т.к. портландцемент и аналогичные ему вяжущие вещества для процесса твердения нуждаются в повышенной влажности, для избежания падения прочности затвердевших растворов. Сравнительно высокое В/Т для гипсовых изделий является причиной их высокой пористости ( 50-60%), что значительно снижает их прочность.

Еще одна особенность твердения гипсовых изделий – прекращение набора прочности после завершения твердения. Портландцементный раствор может наращивать прочность до года и более.

Приемы улучшающие строительно-технические свойства

Проблемы: быстрое схватывание, высокая пористость, низкая прочность (2-25 МПа), растворимость продуктов гидратации (гипс – воздушное вяжущее).

Для регулирования строительно-технических свойств используют:

1. Добавки

а) Разжижители – добавки, снижающие водопотребность – ССБ, ее производные и т.п.

б) Замедлители схватывания – увеличивают период текучести – аммиак, этиловый спирт.

в) Ускоритель твердения – сокращают время твердения – NaCl, Na₂SO₄, KCl.

г) Катализаторы кристаллизации – двуводный гипс, известь.

2. Искусственное старение. При обработке паром, за счет гидратации части гипса, снижается водопотребность, повышается пластичность и прочность, а прогидратировавшая часть в последствии является центрами кристаллизации. (Не переувлажнить!!)

3. Сушка гипсовых изделий – ускоряет твердение.

Высокообжиговые ГВВ

Получают обычно во вращающихся или шахтных печах.

Нерастворимый ангидрит при тепературе 450-750⁰С. Получающийся CaSO₄ не обладает гидратационной активностью. Для проявления вяжущих свойств необходимы интенсификаторы твердения – обож. известь, обож. доломит (MgO), сульфаты натрия или калия в количестве 5-7%.

Марка–50-200

Эстрих гипс при температуре выше 1000⁰С . В состав продукта обжига входит 3-5% СаО. Эстрих гипс твердеет без интенсификаторов. Образовавшийся камень обладает повышенной водостойкостью по сравнению с другими видами гипса, но эстрих гипс является воздушным вяжущим.

Марка–100-200, водопотребность 30-35%.