7.3. Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовыми вяжущими веществами называют тонкоизмельчен-ные продукты, получаемые путем тепловой обработки природного гипсового камня, природного ангидрита, а также различных отходов химического производства, способные после затворения водой схваты­ваться, твердеть и превращаться в камень на воздухе.

Сырьем для производства служат: природный гипсовый камень, представляющий двуводный гипс CaSO₄ • 2Н₂О, природный ан­гидрит CaSO₄, отходы химической промышленности — фосфогипс, борогипс.

Гипсовый камень засорен примесями песка, глины, известняка и т.д., цвет от белого до голубовато-серого, твердость по шкале Мооса 1,5...2.

Природный ангидрит сопровождает залежи гипсового камня, более прочный с твердостью З...3,5, белого, серого или голубоватого цвета; встречается в природе реже, чем гипсовый камень.

В зависимости от вида сырья и принятой технологической схе­мы производства гипсовые вяжущие вещества подразделяют на две группы: низкообжиговые (собственно гипсовые) и высокообжиговые (анги дритовы е).

К низкообжиговым относят строительный, высокопрочный и формовочный гипсы, к высокообжиговым — ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент) и высокообжиговый гипс (эстрихгипс).

Строительным гипсом называют воздушное вяжущее вещест­во, полученное путем тепловой обработки гипсового камня при 110— 180 °С и последующего тонкого помола.

Производство строительного гипса. Имеется несколько техно­логических схем: помол сырья и по­следующая тепловая обработка; те­пловая обработка камня и помол после обработки; помол и обжиг со­вмещены в одном аппарате.

Тепловую обработку гипсового камня можно проводить в вароч­ных котлах, сушильных барабанах и мельницах. Наиболее простым и распространенным способом про­изводства строительного гипса яв­ляется тепловая обработка тонко-молотого сырья в гипсов арочном котле периодического действия.

Рис. 15 Гипсоварочный котел: 1 – топка;

2 – сферическое днище; 3 – жаровые трубы;

4 – стальной барабан; 5 – дымовая труба; 6 – винтовой конвейер;

7 – крышка; 8 – кольцевые каналы; 9 шибер; 10 – мешалка

Гипсоварочный котел (рис. 15 представляет собой стальной бара­бан (вместимость 12...15 м³), футе­рованный огнеупорным кирпичом. Внутри котла находятся жаровые грубы и мешалка для перемеши­вания гипса.

При производстве гипса в сушильных барабанах продукт имеет более высокие прочностные показатели, чем при использовании ва­рочных котлов.

В сушильных барабанах (вращающихся печах) происходит не­посредственное соприкосновение раскаленных топочных газов с дви­жущимся навстречу дробленым гипсовым камнем. Помол гипса по­сле обжига производят в шаровой мельнице.

Наибольшая производительность обеспечивается при совме­щенном помоле и обжиге гипса, несколько меньшая — при обжиге в сушильном барабане и наименьшая — при варке в котлах. Однако качество гипса в гипсоварочных котлах значительно выше.

Твердение строительного гипса. При твердении затворенно­го водой гипса наблюдаются все процессы, присущие вяжущим веще­ствам, образовавшееся гипсовое тесто большой подвижности вскоре уплотняется и густеет (начало схватывания); при дальнейшем уплотнении масса загустевает, представляя собой твердое тело (конец схватывания).

Свойства строительного гипса. Строительный гипс пред­ставляет собой белый или светло-серый порошок. Истинная плот­ность 2,6...2,75 г/см³, средняя плотность в рыхлом состоянии 800... 1100 кг/м³, в уплотненном — 1250... 1450 кг/м³.

Основными свойствами гипса являются тонкость помола, водопотребностъ (нормальная густота), сроки схватывания, прочность.

Тонкость помола характеризуется остатком на сите № 02. Различают грубый, средний и тонкий помол вяжущего. Обозначают каждую группу индексами I, II и III: I — грубый помол, остаток на сите не более 23%, II — средний помол, остаток на сите не более 14%; III — тонкий помол, остаток на сите не более 2%.

Водопотребностъ гипса определяется количеством воды (в %), необходимой для получения теста заданной подвижности.

Реологические свойства теста оценивают в соответствии с мето­дами его укладки в дело. Гипсовое тесто обычно формуют литьем, оно представляет собой вязкопластичную массу, поэтому стандартную

Рис. 16. Вискозиметр Суттарда:

1 – цилиндр; 2 – стеклянная пластинка;

3 – концентрические окружности

консистенцию (нормальная гус­тота) оценивают стандартным вискозиметром Суттарда (рис. 16 по диаметру расплыва теста, вы­текающего из полого цилиндра без дна. Диаметр расплыва теста стандартной консистенции дол­жен быть равен (180+ 5) мм. Нор­мальная густота гипсового теста требует 50...70% воды по массе вяжущего.

Строительный гипс является быстросхватывающимся и быст-ротвердеющим вяжущим веществом. Сроки схватывания определяют на приборе Вика по глубине погружения иглы в гипсовое тесто нор­мальной густоты. Согласно ГОСТ 125—79 различают следующие группы гипса: А— быстросхватывающийся (начало схватывания не ранее 2 мин, окончание — не позднее 15 мин); Б — нормально схва­тывающийся (начало схватывания не ранее 6 мин, окончание — не позднее 30 мин); В — медленносхватывающийся (начало схватыва­ния не ранее 20 мин, окончание не нормируется).

При схватывании и твердении гипс расширяется в объеме до 1%. Способность гипса расширяться позволяет применять его без запол­нителей (в отличие от других вяжущих), не опасаясь растрескивания изделий от усадки.

Быстрое схватывание затрудняет работу с гипсом. В случае необходимости к гипсу добавляют замедлители схватывания в коли­честве 0,1...0,55% по массе гипса (животный клей, столярный клей сульфитно-спиртовая барда и другие органические клееподобные ве­щества). При добавлении замедлителя начало схватывания замедля­ется до 30 мин (прочность снижается до 10%).

При изготовлении гипсовых изделий, иногда возникает необхо­димость ускорения схватывания гипса. В этих случаях к нему добав­ляют природный гипсовый камень или поваренную соль (1% гипса и 0,5% соли).

Прочность гипса характеризуется маркой, которую устанавли­вают по пределу прочности при сжатии образцов-балочек размером 40x40x160 мм, изготовленных из теста нормальной густоты и испы­танных через 2 ч после затворения гипса водой.

Сначала балочки испытывают на изгиб до разрушения, а полу­ченные полубалочки испытывают на сжатие. Установлены следую­щие марки: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. Предел прочности при изгибе соответствующих марок меняется от 1,2 до 8,0 МПа.

Условное обозначение гипсового вяжущего дает информацию о его основных свойствах. Например, гипсовое вяжущее Г-5 БП: нор-мальнотвердеющее (Б), среднего помола (П), прочность при сжатии не менее 5МПа.

Гипсовые вяжущие гигроскопичны, имеют низкую водостой­кость. Поэтому прочность гипсовых изделий при увлажнении снижа­ется на 40...60%, их следует применять в помещениях с относительной влажностью воздуха до 60%.

Строительный гипс применяют для изготовления перегородоч­ных плит и панелей, вентиляционных коробов, гипсокартонных лис­тов (сухая штукатурка), акустических плит, для приготовления гип­совых и известково-гипсовых штукатурных растворов, а также для изготовления различных архитектурных деталей методом отливки.

При транспортировании и хранении гипсовые вяжущие долж­ны быть защищены от увлажнения и загрязнения.

Высокопрочный гипс является разновидностью строительного. Отличается от строительного гипса способом тепловой обработки. Теп­ловую обработку двуводного гипса проводят в автоклаве под давлени­ем пара 0,13 МПа при 124 °С в течение 5 ч с последующей сушкой и измельчением в порошок. При этом образуются более крупные кри­сталлы, обусловливающие высокие прочностные характеристики и меньшую водопотребность. Нормальная густота 40...45%, прочность при сжатии не менее 25—30 МПа. Сроки схватывания примерно та­кие же, как и у строительного гипса.

Используют высокопрочный гипс в металлургической промыш­ленности для изготовления форм, а также применяют для изготовле­ния архитектурных деталей и строительных изделий повышенной прочности.