Гипсовые вяжущие вещества делятся на две группы - низкообжиговые и высокообжиговые.

  ГИПС

Минеральное вяжущее воздушного твердения, состоит из CaSO₄ ∙0,5H₂O (полуводный гипс) или CaSO₄ (ангидрит).

Низкообжиговые гипсовые вяжущие получают термической обработкой двуводного сульфата кальция при температуре в пределах 105-200 °С при атмосферном давлении. К низкообжиговым относятся строительный и высокопрочный гипс.

Высокообжиговые (ангидритовые) гипсовые вяжущие получают обжигом двуводного гипса при температуре 600-1000 °С. К высокообжиговым гипсовым вяжущим относятся ангидритовый цемент и эстрихгипс (высокообжиговый гипс).

Сырьемдля производства гипсовых вяжущих служит природный гипсовый камень и природный ангидрит, а также отходы химической промышленности (борогипс, фосфогипс и другие отходы промышленности, содержащие двуводный или безводный сернокислый кальций).

· Природный гипсовый камень - горная порода осадочного происхождения, сложенная в основном из крупных или мелких кристаллов сернокислого кальция CaSО₄·2H₂О, плотность которого 2 400 кг/м³.

· Природный ангидрит - горная порода осадочного происхождения, состоящая преимущественно из минералов - безводного сернокислого кальция CaSO₄. Ангидрит - порода более плотная и прочная, чем двуводный гипс. Его истинная плотность достигает 2600-3100 кг/м³.

· Отходы химической промышленности:

ü фосфогипс образуется при сернокислотной переработке фосфатов (апатита и фосфорита); фосфогипс содержит 80-98 % двуводного сульфата кальция.

ü борогипс - отход производства бора сернокислым методом, на 78-90 % состоит из двуводного сульфата кальция.

На основе гипсовых вяжущих производится множество изделий строительных материалов и смесей, в том числе композиционных вяжущих.

ПРОИЗВОДСТВО.

Теловая обработка и помол сырья, содержащего CaSO₄ ∙2H₂O или CaSO₄.

Нагревание, частичная дегидратация.

CaSO₄ ∙2H₂O= CaSO₄ ∙0,5H₂O +1,5H₂O

CaSO₄ ∙0,5H₂O – полуводный гипс, обладает вяжущими свойствами.

Обжиг при низких температурах в открытых аппаратах – гипсоварочных котлах.

Высокообжиговые – в автоклавах

параметры

α-гипс – высокопрочный гипс

β-гипс

обжиг

в закрытых аппаратах

в открытых аппаратах

температура обжига

110-180°с

110-180°с

характеристики

кристаллизационная вода удаляется в жидком состоянии

кристаллизационная вода выделяется в виде пара

кристаллы крупные,

удельная поверхность маленькая,

водопотребность небольшая

кристаллы мелкие,

удельная поверхность большая,

водопотребность большая

прочность при сжатии

15-60 МПа

прочность при сжатии

2-25 МПа

необходимая для затворения вода

30-40% от массы гипса

45-70% от массы гипса

ТВЕРДЕНИЕ

CaSO₄ ∙0,5H₂O +1,5H₂O= CaSO₄ ∙2H₂O

 При затворении водой образуется пластичное тесто, оно быстро схватывается и твердеет.

Схватывание и твердение вяжущего вещества заключается в том, что при смешивании с водой оно образует пластичную массу, превращающуюся впоследствии в твердое камневидное тело с определенной прочностью. Это превращение происходит не сразу, а постепенно и обусловливается рядом химических и физических процессов.

Процесс схватывания выражается в том, что пластичная масса, обладающая большой подвижностью, начинает густеть и уплотняться, что отвечает началу схватывания.

 В дальнейшем эта масса все больше уплотняется, окончательно теряет пластичность и постепенно превращается в твердое тело, не обладающее сначала существенной прочностью. Этот момент соответствует концу схватывания.

После этого происходят дальнейшие химические и физические преобразования, сопровождающиеся нарастанием прочности. Последнее характеризует собой твердение вяжущих веществ. Схватывание рассматривают как начальную стадию процесса твердения, при которой происходит превращение пластичной массы в твердое тело.

После схватывания у вяжущих веществ продолжает увеличиваться механическая прочность. Этот период называется твердениемвяжущих веществ.

В случае достижения вяжущим веществом значительной механической прочности в короткий промежуток времени, его относят к быстротвердеющим веществам.

Как схватывание, так и твердение вяжущих веществ являются результатом физико-химических и химических процессов, совершающихся в них, в процессе взаимодействия с водой. Процесс очень сложный и включает:

· растворение

· коллоидацию

· кристаллизацию.

Сначала CaSO₄ ∙0,5H₂O растворяется, переходит в CaSO₄ ∙2H₂O, образуется насыщенный раствор.

 Растворимость в CaSO₄ ∙2H₂O в 5 раз меньше, чем в CaSO₄ ∙0,5H₂O, насыщенный раствор переходит в перенасыщенный, начинают выпадать из раствора мельчайшие частицы

CaSO₄ ∙2H₂O.

Эти частицы склеиваются – наступает коллоидация, это и есть начало схватывания.

Затем наступает кросталлизация: образуются отдельные центры, кристаллы растут и объединяются в жесткий кристаллический каркас.

Реакция у гипса протекает быстро, с выделением теплоты, заканчивается через несколько минут после затворения.

При твердении вода удаляется, прочность повышается.

При твердении гипс увеличивается в объеме 0,3 – 1%.

Количество воды для затворения:

Теоретически – 18,6% от массы гипса.

Практически - в 3-4 раза больше (50 – 70%).

Избыточная по сравнению с теорией вода при сушке удаляется, образуются поры, что приводит к снижению прочности.

Повышают прочность сушкой, но температура не должна быть выше 70°С, так как 

CaSO₄ ∙2H₂O будет разлагаться.

Затворенный водой гипс или растворы с добавлением гипса не рекомендуется долго перемешивать. От продолжительного перемешивания гипс отмолаживается, т. е. полностью перестает схватываться. При высыхании отмоложенный гипс теряет прочность и рассыпается от небольшого нажима.

Общие характеристики гипсовых вяжущих (α-гипса и β-гипса).

· Быстро схватываются и твердеют

· Большая водопотребность

· Большая пористость 30-60%

· Невысокая средняя плотность 1200-1500 кг/м³

· Увеличение в объеме при твердении

· Низкая водостойкость

· Подвержены деформациям ползучести

· Дешевое вяжущее ( в 4 раза ниже затраты на производство, чем цемента)

· Гигиенично

·  Высокие теплоизоляционные и звукоизоляционные качества

· Архитектурная выразительность

· Гипсовые вяжущие стимулируют коррозию черных металлов— арматуры, сетки, проволоки, гвоздей — особенно во влажных условиях.

· Гипсовые вяжущие можно применять без заполнителей и наполнителей, не боясь появления трещин, так как они не дают усадки и, напротив, при твердении увеличиваются в объеме.

Ползучесть материалов — медленная, происходящая с течением времени, деформация твёрдого тела под воздействием постоянной нагрузки или механического напряжения.

Ползучесть описывается так называемой кривой ползучести, которая представляет собой зависимость деформации от времени при постоянных температуре и приложенной нагрузке (или напряжении).

Её условно делят на три участка, или стадии:

· АВ — участок неустановившейся (или затухающей) ползучести (стадия I),

· BC — участок установившейся ползучести — деформации, идущей с постоянной скоростью (стадия II),

· CD — участок ускоренной ползучести (стадия III),

· E₀ — деформация в момент приложения нагрузки (стадия IV),

· точка D — момент разрушения.

СВОЙСТВА.

По техническим требованиям (ГОСТ 125-79 (с изм.)) качество строительного гипса оценивается по следующим основным показателям:
- тонкости помола;
- водопотребности;
- срокам схватывания;
- прочности (марка).

ТОНКОСТЬ ПОМОЛА.

Тонкость помола строительного гипса характеризуется остатками на сите № 02 (размер ячейки в свету 0,2 мм), выраженными в процентах от первоначальной массы пробы. При этом различают следующие виды:
- грубый помол (индекс I), остаток на сите не более 23 %;
- средний помол (индекс П), остаток на сите не более 14 %;
- тонкий помол (индекс III), остаток на сите не более 2 %.

Тонкость помола, зависящая от степени измельчения, влияет на водопотребность, сроки схватывания и прочность материала.

ВОДОПОТРЕБНОСТЬ.

Для гидратации полуводного гипса с образованием двуводного необходимо 18,6 % воды по массе вяжущего. Однако при затворении гипса водой количество последней всегда берется больше. Практически для получения теста стандартной (нормальной густоты) требуется
50-70 % воды. Стандартной консистенции соответствует расплыв лепешки диаметром 180±5 мм по вискозиметру Суттарда. Избыточное количество воды остается в порах затвердевшего материала, которая затем испаряется.

Водопотребность гипса увеличивается с повышением его тонкости помола и уменьшается при введении с водой затворения пластифицирующих добавок, например сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ).

Водопотребность необходима для определения важных технических свойств гипса, его сроков схватывания и прочности, которые определяются только на образцах из теста нормальной густоты.

СРОКИ СХВАТЫВАНИЯ.

Характеризуются началом и концом схватывания.

По срокам схватывания гипсовые вяжущие разделяются на три вида:
- быстротвердеющие (индекс А), от 2 до 15 мин;
- нормальнотвердеющие (индекс Б), от 6 до 30 мин;

- медленнотвердеющие (индекс В), более 20 мин.

 Прибор Вика

Время от начала затворения гипсового теста (всыпания гипса в воду) до момента, когда игла начинает не доходить до дна, считают началом схватывания, а время от начала затворения гипсового теста до тех пор, когда игла опускается в тесто не более, чем на 0,5 мм, — концом схватывания.

Строительный гипс - это быстротвердеющее вяжущее.

Сроки схватывания гипса зависят от свойств сырья, технологии изготовления, длительности хранения, водопотребности и др.

· Повышение температуры способствует ускорению схватывания,

· а понижение, наоборот, - замедлению.

Сроки схватывания можно изменить введением различных добавок,

· ускоряющих схватывание

§ повышают растворимость CaSO₄ ∙0,5H₂O в воде -  NaCl, KCl, Na₂SO₄,K₂SO₄, -

§ играют роль центров кристаллизации  - CaSO₄ ∙2H₂O (природный или размолотый) ,

Сa₃(PO₄)₂

· или замедляющих этот процесс

§ повышают пластичность смеси ( органические вещества) - известково-клеевая эмульсия, водный раствор коллагенового клея, хвойный настой, ЛСТ  -

§ препятствуют росту кристаллов, так как образуют защитные пленки на CaSO₄ ∙0,5H₂O. аммиак, этиловый спирт, бура, кератиновый замедлитель, фосфаты и бораты щелочных металлов –

Лигносульфонат – продукт технологической переработки растительного древесного сырья на ЦБК. Мучнистый порошок от светло-желтого до коричневого цвета

 Бура - Na₂B₄O₇·10H₂O (декагидрат тетрабората натрия), минерал

Кератиновый замедлитель из отходов переработки рогов, копыт, щетины.

Все то, что ускоряет схватывание – снижает прочность гипса.

ПРОЧНОСТЬ.

Прочность гипса определяют на образцах-балочках размером 4 x 4 x 16 см, изготовленных из теста нормальной густоты. Перед испытанием образцы хранятся в воздушно-сухих условиях при температуре 20±2 °С. Испытание образцов производится через два часа после их изготовления. Образцы испытываются на изгиб, а их половинки - на сжатие. Для гипсовых вяжущих установлены следующие марки.

Прочность затвердевшего гипса в большой мере зависит от тонкости помола, его водопотребности и условий твердения.

Повысить прочность гипса можно добавлением пластифицирующих добавок (СДБ и др.), которые снижают водопотребность.

Наиболее распространённой маркой гипсовых вяжущих является марка Г-3.

Маркировка:

Г-7-А-II означает:

· Гипсовое вяжущее марки 7 ( предел прочности при сжатии не меньше 7 МПа)

· А – быстротвердеющее

· II – среднего помола.

ПРИМЕНЕНИЕ

В штукатурных работах – внутренние штукатурки

В качестве добавки в известково-песчаных растворах (ускоряет схватывание, повышает прочность, придает гладкость поверхности и белизну)

Сухая штукатурка и мастики для ее приклеивания

Лепные работы

Изготовление форм и моделей керамических изделий ( фарфор,фаянс)

Формовочный гипс, подобно строительному, в основном состоит из CaSO₄ ∙0,5H₂O.

 Это чистый от примесей полуводный гипс тонкого помола с нормальными сроками схватывания марок Г-5...Г-25.
Объемное расширение — не более 0,15%,

водопоглощение затвердевшего вяжущего не менее 30 % по массе.

 Его используют для изготовления форм и моделей фарфоровых, фаянсовых и других керамических изделий.

Полимер-гипс – гипс, затворенный растворами синтетических смол (например, фенол-формальдегидной)

Плотнее обычного гипса, прочность до 30 МПа, постоянный объем, малая водопроницаемость, хорошее сопротивление истиранию.

ГИПСОСОДЕРЖАЩИЕ ВЯЖУЩИЕ

Высокообжиговыми гипсовыми вяжущими являются ангидритовый цемент и эстрих-гипс, они медленно схватываются и твердеют.

Ангидритовый цемент получают обжигом природного гипсового камня при температуре

600...800 °С с последующим его помолом со следующими добавками, служащими катализаторами твердения:
-известь—2...5 %;
-смесь сульфата натрия с железным или медным купоросом — по 1 % каждого;
-обожженный (при 900 °С) доломит—3...8 %;
-гранулированный доменный шлак—10...15 % по массе.

Железный и медный купорос уплотняют поверхность затвердевшего цемента, препятствуют появлению выцветов на изделиях.

Ангидритовый цемент получают также без обжига — путем измельчения указанных выше добавок с природным ангидритом CaSO₄.

Ангидритовый цемент медленно схватывается (начало схватывания — не ранее 30 мин, конец — не позднее 24 ч) и твердеет.

Марки по прочности на сжатие: 50, 100, 150, 200.

Применяют ангидритовый цемент для приготовления штукатурных и кладочных растворов, бетонов, стяжек под линолеум, для устройства бесшовных полов и искусственного мрамора.

 искусственный мрамор

 
 гипсовый наливной пол
Эстрих-гипс получают обжигом природного гипсового камня или ангидрита при температуре 900...1000 °С с последующим тонким измельчением.
При обжиге происходит не только полное обезвоживание, но и частичное разложение ангидрита с образованием СаО (до 5%).
При смешивании вяжущего с водой оксид кальция СаО действует как катализатор твердения.

Эстрих-гипс применяют для штукатурных и кладочных растворов, изготовления искусственного мрамора, устройства мозаичных полов.

Изделия из высокообжиговых ангидритовых вяжущих

· прочны (до 20 МПа),

· мало тепло- и звукопроводны,

· по сравнению с изделиями из строительного гипса более морозо- и водостойки,

· менее ползучи,

· хорошо сопротивляются истиранию.

Ганч и гажа — среднеазиатское и закавказское названия гипсосодержащих вяжущих веществ.

Их получают обжигом при температуре 170 °С и выше и последующим помолом местных камневидных пород, содержащих гипс (20...60%) и глину (80...40%).

Вяжущее — порошок белого цвета — с водой образует пластичное тесто, которое легко формуется, сравнительно быстро схватывается и твердеет.

С давних пор ганч и гажа известны как материалы для штукатурки, скульптуры, объемно-пластического декора — резьбы и отливок различных деталей.

Во влажном состоянии ганч и гажа легко режутся, дают возможность разнообразной и мельчайшей проработки рельефа (низкого и высокого).

Резные ганч и гажа имеют белую матовую приятную для глаз поверхность.
Сухая поверхность их служит хорошим основанием для росписи.

резьба по ганчу

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?