Строительные материалы и изделия

Гипсовые вяжущие вещества

Классификация гипсовых вяжущих веществ. Гипсовые вяжущие вещества подразделяются на низкообжиговые (строительный и тех­нический гипсы) и высокообжиговые (ангидритовый цемент и эстрихгипс).

Строительный гипс получают из минерала гипса CaS04-2H20 и некоторых отходов производства, содержащих CaS04.

Получение строительного гипса включает в себя дробление, сушку, помол и обжиг природного гипса. Применяются большей частью три технологические схемы получения строительного гип­са:

1) дробление —сушка—помол —обжиг;

2) дробление — обжиг — помол;

3) дробление — помол и обжиг в одном аппарате.

Обжиг ведут в варочных котлах, сушильных барабанах, шахт­ных мельницах. При температуре ПО... 180°С отделяется вода и дигидрат переходит в полугидрат:

CaS04 - 2Н20 -» CaSO40,5H2O + 1,5Н20

Установлено существование двух модификаций полугидрата (а и (3), которые отличаются структурой кристаллической решетки (a-кристаллы имеют кубическую форму; (3-кристаллы имеют форму параллелепипедов). Модификация [3, из которой состоит строи­тельный гипс, получается в аппаратах, сообщающихся с атмос­ферой, когда кристаллизационная вода выделяется в виде пара и удаляется в атмосферу. Модификация а образуется при повышен­ном давлении в закрытых аппаратах (автоклавах), когда вода вы­деляется в жидком состоянии и исходный продукт разделяется на две фазы: жидкую и твердую.

В автоклавах получают технический (высокопрочный) гипс, от­личающийся высокой прочностью.

Химические процессы при твердении строительного гипса зак­лючаются в гидратации гипса и превращении его в дигидрат:

CaSO40,5H2O + 1,5Н20 = CaS04-2H20

На эту реакцию требуется 18,6 % воды от массы гипса. Обычно к гипсу добавляют от 50 до 70 % воды, иначе тесто получается слишком жестким. Избыточная вода распределяется в виде мель­чайших частиц в объеме теста, образуя поры.

Приготовленное тесто через несколько минут схватывается (те­ряет пластичность) и начинает набирать прочность (твердеть). До начала схватывания тесто можно перемешивать, укладывать в форму, уплотнять. После наступления схватывания этого делать нельзя, иначе будут разрушены успевшие образоваться, но еще слабые кристаллизационные контакты и прочность гипсового кам­ня будет снижена.

Физические процессы твердения Ле Шателье объяснял следу­ющим образом. Полуводный гипс CaSO40,5H2O при затворении водой растворяется в ней до образования насыщенного раствора с концентрацией около 7,4 г СаО на 1 л воды. Такой раствор для CaS04-2H20 является пересыщенным, так как растворимость дигидрата составляет только 2,05 г СаО на 1 л. Следовательно, дигидрат, образуясь в растворе в результате гидратации полугид - рата, будет выделяться из раствора в виде кристаллов. Образовав­шийся недостаток полугидрата в растворе восполняется растворе­нием оставшегося вяжущего, и концентрация раствора сохраня­ется неизменной (7,4 г СаО на 1 л) до завершения гидратации и полного перехода вяжущего в кристаллы дигидрата. Эти кристал­лы сначала отделены друг от друга тончайшими прослойками насы­щенного раствора дигидрата с концентрацией 2,05 г СаО на 1 л. Дальнейший рост прочности происходит в результате испарения воды и сращивания кристаллов в кристаллический сросток.

Строительный гипс является быстросхватывающимся вяжущим веществом. Начало схватывания наступает через несколько минут (обычно через 2... 10 мин), что вызывает определенные неудоб­ства, так как имеется очень мало времени на перемешивание и использование гипсовых составов. Для замедления схватывания строительного гипса используют добавки виннокислого калия, по - лиалкиламида, солей фосфорной и борной кислот и др.

Отличительной особенностью строительного гипса является увеличение объема теста (до 1 %) при твердении. Благодаря этому гипсовая штукатурка не растрескивается. При увлажнении затвер­девшего гипса его прочность снижается в 2 — 3 раза вследствие частичного растворения дигидрата и разрушения структуры крис­таллического сростка. Изделия из строительного гипса отличают­ся высокой пористостью (40... 50 %) и соответственно низкой теп­лопроводностью.

Водопотребность гипса (количество воды, необходимой для по­лучения теста стандартной густоты) составляет 50...70% от массы гипса. По прочности строительный гипс подразделяется на 12 ма­рок: от Г-2 до Г-25 (число означает гарантированный предел проч­ности, МПа, при сжатии стандартных образцов в возрасте 2 ч).

Применяют строительный гипс главным образом во внутрен­них частях зданий с относительной влажностью воздуха не более 60 %. Для устройства внутренних перегородок, полов, подвесных потолков, а также в качестве сухой штукатурки широко использу­ются гипсокартонные листы (ГКЛ). Для устройства внутренних стен применяются также гипсовые пазогребневые плиты. Строитель­ный гипс используется в гипсовых или известково-гипсовых ра­створах, применяемых для штукатурных работ. Гипсовые раство­ры могут приготавливаться непосредственно на строительных объектах или доставляться на них в виде сухих смесей. Широко используется гипс для изготовления декоративных деталей и от­делочных материалов (например, искусственного мрамора).

Ангидритовый цемент получают обжигом природного гипса при температуре 600... 700 °С с последующим помолом. Он состоит глав­ным образом из безводного CaS04 и является мертвообожженным
гипсом, который схватывается и твердеет только с добавкой ката­лизатора (различных сульфатов, извести, обожженного доломи­та, доменного шлака и др.), который вводится в ангидритовый цемент при помоле.

Водопотребность ангидритового цемента — 30...40%. Порис­тость затвердевшего камня — 30... 35 %, а его прочность достигает 20 МПа и более. Ангидритовый цемент в противоположность стро­ительному гипсу не отличается быстрым схватыванием и практи­чески не увеличивается в объеме при твердении. Являясь воздуш­ным вяжущим веществом, он, тем не менее, обладает более вы­сокой, чем строительный гипс, водостойкостью.

Ангидритовый цемент применяется в строительных растворах в основном для кирпичной кладки и штукатурки.

Эстрих-гипс (гидравлический гипс) получают обжигом природ­ного гипса или ангидрита при температуре 800... 1 000°С и после­дующим помолом продукта обжига. При обжиге эстрих-гипса про­исходит не только получение безводного (мертвообожженного) CaS04, но и частичное разложение сернокислого кальция с обра­зованием свободной извести (СаО), являющейся катализатором твердения подобным добавкам к ангидритовому цементу.

По свойствам эстрих-гипс аналогичен ангидритовому цемен­ту, но отличается от него небольшой усадкой при твердении и более высокой водостойкостью, за что назван гидравлическим гипсом, хотя остается воздушным вяжущим.

Затвердевший эстрих-гипс характеризуется высоким сопротив­лением истиранию, благодаря чему он применяется для изготов­ления набивных (уплотняемых трамбованием) полов.

Испытания гипсовых вяжущих веществ. Определение водопотреб - ности производят с помощью вискозиметра Суттарда (рис. 8.1), в цилиндр которого заливают приготовленное тесто. Цилиндр под­нимают вертикально вверх через 45 с после начала затворения. Нор­мальной считается густота при диаметре лепешки (180 ± 5) мм.

Определение сроков схватывания производят с помощью при­бора Вика (рис. 8.2). Тесто нормальной густоты помещают в коль­цо 5. Иглу 6 прибора доводят до соприкосновения с поверхностью теста и фиксируют стопорным винтом 7 (верхним). Погружение

Рис. 8.1. Вискозиметр Суттарда:

/ — полый металлический цилиндр; 2 —
стеклянная подставка с окружностями
для измерения диаметра образца

Рис. 8.2. Прибор Вика (а) и нако-
нечник укороченной иглы (б):

1 — пестик; 2 — вертикально переме­щающийся стержень; 3 — станина; 4 — подставка кольца; 5 — коническое коль­цо с тестом; б — игла; 7 — стопорный винт стержня; 8 — шкала; 9 — канал для выхода воздуха

иглы производят с интервалом в 30 с, каждый раз — в новое место. Перед погружением иглу тщательно протирают. С наступ­лением начала схватывания игла перестает доходить до дна, с на­ступлением конца схватывания игла погружается в тесто не бо­лее чем на 1 мм.

При определении пределов прочности при изгибе и сжатии на одно испытание вручную го­товят из теста нормальной гус­тоты три образца-балочки раз­мерами 40 х 40 х 160 мм. Уплотня­ют тесто, постукивая пять раз краем формы о стол. Избыток теста срезают линейкой и поверх­ность заглаживают. Через 10...20 мин после конца схватывания образцы освобождают от форм и хранят в помещении для испы­таний.

Испытание образцов-балочек производят в возрасте 2 ч снача­ла на изгиб, а полученные половинки — на сжатие с помощью стандартных пластин с рабочей площадью 25 см2.

Требования к гипсовым вяжущим по прочности, срокам схва­тывания и тонкости помола приведены в табл. 8.1... 8.3.

Пример условного обозначения гипсового вяжущего: Г-25 В III.