Розглянуті види полуводного гіпсу за своїми основними властивостями багато в чому однакові. Головна відмінність полягає переважно в показниках міцності. Всі визначення властивостей гіпсових в'яжучих виробляються по ГОСТ 23789-79.
Справжня щільність цих різновидів коливається в межах 2,6-2,75 г / см3. Насипна щільність в рихлому стані зазвичай становить 800-1100, в ущільненому-1250-1450 кг / м3.
За ГОСТ 125-79 дисперсність гіпсових в'яжучих, що залежить від ступеня подрібнення при помелі і впливає на водопотребность матеріалу, міцність і деякі інші властивості, оцінюється по залишку на ситі з розмірами вічок, в світлі 0,2 мм (в% по масі від проби, яку просівають ). При цьому розрізняють наступні види: грубий помел (індекс I), залишок на ситі не більше 23%; середній помел (індекс II) - 14%; тонкий помел (індекс III) - 2%.
Водопотребность. Теоретично для гідратації напівводного гіпсу з утворенням двуводного необхідно 18,6% води по масі в'язкої речовини. Практично ж для отримання тіста стандартної консистенції по ГОСТ 23789-79 (нормальна густота) для (3-напівгідрату потрібно 50-70% води, а для а-напівгідрату - 35- 45% • Стандартною консистенції відповідає розплив маси до діаметра 180 ± 5 мм.
Затверділий гіпс являє собою тверде тіло з високою пористістю, що досягає 40-60% і більше. Природно, що зі збільшенням кількості води затв-ренію пористість гіпсового виробу зростає, а міцність зменшується.
Водопотребность гіпсу збільшується з підвищенням ступеня його подрібнення. Разом з тим подрібнення його до питомої поверхні приблизно 2500-3000 смгД навіть при деякому збільшенні водопотребности суміші призводить до підвищення міцності гіпсових виливків, тому доцільно подрібнювати гіпс тонше, ніж це передбачено стандартом.
Водопотребность гіпсу значно знижується при введенні з водою замішування сповільнювачів схоплювання (кератігювого, пзвестково-клейового, сповільнювач В. В. Помазкова, СДБ і її концентратів, синтетичних жирних кислот (СЖК), водорозчинного полімеру (ВРП), бури та ін.) В кількості до 0,1-0,3% маси в'яжучого. За допомогою цих речовин вдається знизити нормальну густоту будівельного гіпсу на 10-15%, що сприяє збільшенню міцності гіпсових виробів.
Терміни схоплювання гіпсу залежать від властивостей сировини, технології виготовлення, тривалості зберігання, кількості введеної рідини, температури в'язкої речовини і води, умов перемішування, наявності добавок і ін. Швидше за всіх схоплюється напівводяний гіпс, що містить деяку кількість частинок неразложившихся двугидрата, які є центрами кристалізації і викликають прискорену гидратацию полуводного гіпсу. Схоплювання гіпсу значно прискорюється при за-творінні його зниженою кількістю води в порівнянні з тим, яке потрібне для тіста нормальної густоти, і навпаки.
Підвищення температури гіпсового тесту до 40, 46 ° С сприяє прискоренню його схоплювання, а вище цієї межі, навпаки, - уповільнення. При температурі гіпсової маси 90-100 ° С схоплювання і твердіння припиняються. Це пояснюється тим, що при зазначених і більш високих температурах розчинність полуводного гіпсу у воді стає менше розчинності двугидрата. В результаті припиняється перехід полугидрата в двогідрату, а отже, і пов'язане з ним твердіння. Схоплювання сповільнюється, якщо гіпс застосовують в суміші з наповнювачами - піском, шлаком, тирсою і т. Д.
Швидке схоплювання напівводного гіпсу є в більшості випадків позитивним його властивістю, що дозволяє швидко отримувати вироби з форм. Однак в ряді випадків швидке схоплювання небажано. Для регулювання термінів схоплювання (прискорення і уповільнення) в гіпс при замішуванні вводять різні добавки.
По механізму дії В. Б. Ратинов розділяє добавки для регулювання термінів схоплювання в'яжучих речовин, в тому числі і гіпсових. на чотири класи.
Перший клас - це добавки, що змінюють розчинність в'яжучих і не вступають з ними в хімічні реакції. Схоплювання гіпсу прискорюється, якщо ці добавки, наприклад NaCl, KC1, Na2S04, підсилюють розчинність полугидрата в воді, навпаки, воно сповільнюється, якщо добавки (аміак, етиловий спирт і ін.) Знижують його розчинність. Деякі добавки, наприклад NaCl, при одних концентраціях в розчині збільшують розчинність полугидрата і, отже, є прискорювачами, а при інших, зменшуючи розчинність, є сповільнювачами.
Другий клас - речовини, що реагують з в'яжучими речовинами з утворенням важкорозчинних або ма-лодіссоціірующіх з'єднань. Добавки цього класу (для гіпсу - фосфат натрію, бура, борна кислота і ін.) Утворюють на поверхні полугидрата захисні плівки з важкорозчинних сполук, в результаті чого схоплювання гіпсу сповільнюється.
Третій клас - речовини, які є готовими центрами кристалізації. Для гіпсових в'яжучих такими є CaS04-2FI20, СаНР04-2Н20 і ін. Вони прискорюють схоплювання.
У добавок першого і третього класів є «поріг ефективності», під яким мають на увазі концентрацію добавки, що дає максимальний уповільнюючий або прискорює ефект. Зазвичай цей ефект досягається при введенні добавок в воду замішування в кількості до 2-3%
Четвертий клас - поверхнево-активні добавки. Вони адсорбуються частинками полуводного і двуводного гіпсу і зменшують швидкість утворення зародків кристалів. Ці добавки (СДБ, вапняно-клейовий і кератиновий сповільнювачі і ін.) Відомі як пластифікатори і сповільнювачі схоплювання гіпсу. Адсорбируясь частинками полугидрата, вони надають тесту підвищену рухливість і знижують кількість води замішування, необхідної для отримання суміші необхідної рухливості.
Для регулювання термінів схоплювання будівельного гіпсу та інших в'яжучих застосовують іноді комплексні добавки, що складаються з речовин, що належать до різних класів. Вони відкривають ширші можливості в регулюванні процесу схоплювання в'яжучих і створення оптимальних умов для формування виробів. Наприклад, при спільному введенні добавок - електролітів (першого класу) і поверхнево-активних сполук (четвертого класу) - на першому етапі твердіння проявляється вплив сповільнювач. Протягом цього, так званого індукційного періоду, гіпсове тісто має пластичністю, але не набирає міцності. Надалі настає швидке твердіння гіпсу з такою ж швидкістю, як і в присутності одного прискорювача першого класу. Це чітко видно на кривих твердіння гіпсу з різними добавками (6). Найчастіше для прискорення схоплювання будівельного гіпсу застосовують двуводний гіпс, поварену сіль і сульфат натрію, вводячи їх в кількості від 0,2 до 3% по масі полугидрата. Для уповільнення використовують кератиновий і вапняно-клейовий сповільнювачі, а також СДБ в кількості, що не перевищує 0,1-0,5% (в перерахунку на суху речовину) по масі гіпсу. Слід зазначити, що введення добавок (прискорювачів або уповільнювачів схоплювання) зазвичай негативно позначається на кінцевій міцності гіпсових виробів. Це виявляється, якщо їх отримують з суміші з добавками і без них при однаковому водогіпсовом відношенні. Однак введення поверхнево-активних речовин в помірній кількості (до 0,1-0,3%) сприяє зазвичай збільшення міцності виробів, так як зниження ними активності гіпсу компенсується в цьому випадку приростом міцності внаслідок значного зменшення водогіпсового відносини .при отриманні сумішей однаковою рухливості.
Міцність. За ГОСТ 125-79 міцність (3- і а-полу-водного гіпсу визначають випробуванням зразків-балочок розміром 4X4X16 см з гіпсового тіста стандартної консистенції (нормальної густоти). Балочки відчувають через 2 години після виготовлення на вигин, а їх половинки - на стиск ,
Міцність гіпсових в'яжучих визначають відповідно до вимог ГОСТ 23789-79. Для цих в'яжучих застосовується умовне позначення з урахуванням їх марки по міцності, строків схоплювання і дисперсності, наприклад Г-5АП - гіпс міцністю 5 МПа, бистротвердеющий (А), середнього помелу (індекс II).
Властивості виготовленого полуводного гіпсу при зберіганні на складах змінюються. Зокрема, протягом перших двох-чотирьох тижнів спостерігаються зменшення його водопотребіості і підвищення міцних показників. Це пояснюється утворенням на поверхні частинок полуводного гіпсу під дією вологи повітря плівок двугидрата. Плівки, захищаючи напівгідрат від швидкого взаємодії з водою, сприяють зменшенню водопотребіості матеріалу і уповільнення термінів схоплювання. Однак тривале витримування гіпсу на складах призводить до значної гідратації напівгідрату, що викликає збільшення водопотребіості, скорочення термінів схоплювання і різке падіння міцності. Ці процеси «старіння» полуводного гіпсу слід враховувати при зберіганні його на складах, особливо в періоди, які характеризуються підвищеною вологістю повітря, а також в районах з вологим кліматом.
Міцність затверділого гіпсу в великій мірі залежить від тієї кількості води, яке було взято при його замішуванні (водогіпсовое відношення). За даними А. Г. Панютина, зменшення водогіпсового відносини з 0,7 до 0,4 дозволяє збільшити міцність виробів з будівельного гіпсу в 2,5-3 рази.
Міцність полуводного гіпсу при осьовому розтягу в 6-9 разів менше міцності при стисненні. Вироби з а- і р-напівгідрату, виготовлені при однаковому водо-гіпсовому відношенні, мають близькі значення міцності.
Такий вплив води на міцність затверділого гіпсу можна пояснити розчиненням двуводного гіпсу в місцях контакту кристалічних зростків в його структурі, що викликає зменшення його міцності.
Залежність міцності гіпсу і гіпсових виробів від вмісту вологи є їх істотним недоліком. Ця залежність визначається так званим коефіцієнтом розм'якшення. Останній являє собою відношення показників міцності водонасичених зразків до міцності зразків того ж складу і віку, висушених до постійної маси. Коефіцієнт розм'якшення коливається в межах 0,3-0,45 і залежить від властивостей гіпсу і головним чином від середньої щільності виробів. При застосуванні жорстких сумішей, за даними Г. Д. Копелянского і С. С. печура, коефіцієнт розм'якшення підвищується до 0,45-0,5.
Міцність виробів з напівводного гіпсу знижується в тій чи іншій мірі при введенні в них наповнювачів. При цьому органічні наповнювачі (тирсу, багаття, торф) викликають більш значне зниження міцності, ніж мінеральні.
Деформативність. Напівводяний гіпс при схоплюванні і твердінні в початковий період має здатність збільшуватися в об'ємі приблизно на 0,5- 1% • Таке збільшення обсягу ще не остаточно схопився гіпсової маси не має шкідливих наслідків. Навпаки, в ряді випадків воно дуже цінно (наприклад, при виготовленні архітектурних деталей), так як при цьому гіпсові виливки добре заповнюють форми і точно передають їх обриси.
Здатність будівельного гіпсу розширюватися залежить від вмісту в ньому розчинної ангідриту. Встановлено, що напівгідрат розширюється при твердінні на 0,5-0,15%, а розчинний ангідрид - на 0,7-0,8%. Тому гіпс, обпалений при підвищених температурах і містить підвищену кількість розчинної ангідриту, характеризується великим розширенням при твердінні. Для зменшення розширення в гіпс при помелі вводять до 1% негашеного вапна, що знижує коефіцієнт розширення при твердінні з 0,3 до 0,08- 0,1%. Розширення гіпсу зменшується зі збільшенням вмісту в тесті води, а також при введенні в нього сповільнювачів схоплювання.
Після початкового розширення, як показують досліди В. В. Помазкова, гіпсові вироби при подальшому висиханні дають усадку в розмірі близько 0,05 ОД% в результаті зменшення вологості з 5-10 до 1-2%. Така усадка при виготовленні великорозмірних виробів супроводжується значними напруженнями, що може викликати зменшення міцності і навіть поява тріщин. Для зменшення усадки доцільно застосовувати гіпс в суміші з мінеральними наповнювачами у вигляді гіпсобетону.
Гіпсові в'яжучі а- і | 3-модифікацій в затверділому стані, а також вироби з них виявляють великі пластичні (залишкові) деформації, особливо при тривалій дії згинальних навантажень (повзучість). Ці деформації відносно невеликі, якщо виріб повністю висушити. Однак зволоження гіпсу до 0,5-1%, а особливо до 5> -10% і більше викликає значне посилення необоротних пластичних деформацій, які з плином часу можуть затухати лише при невеликих навантаженнях, що становлять невелику довго межі призмова міцності вироби. Особливо різко проявляється повзучість гіпсу під дією згинальних навантажень. Значна схильність затверділого гіпсу до деформацій повзучості в сильному ступені обмежує можливості його застосування в конструкціях, що працюють на вигин.
Схильність виробів з напівводного гіпсу до великих пластичних деформацій під дією навантажень пояснюється ковзанням кристалів двуводного гіпсу в структурі затверділого вироби при його зволоженні, а також розчиненням двугидрата в місцях контакту кристалічних зростків.
Повзучість гіпсових виробів значно зменшується при введенні в нього портландцементу спільно з пуцолановому (гідравлічними) добавками.
Довговічність. Вироби з р- і а-полуводіого гіпсу характеризуються великою довговічністю при службі їх в повітряно-сухому середовищі. При тривалому впливі води, особливо при низьких температурах, коли вироби в водоіасищенном стані систематично то замерзають, то розморожують, вони руйнуються.
Гіпсові вироби витримують зазвичай 15-20 і більше циклів заморожування і відтавання. Про значну довговічності гіпсових виробів при службі їх в конструкціях житлових будинків свідчать добре збережені зовнішні стіни будинків, побудованих 40- 60 років тому в Горькому, Уфі, Стерлітамаці, Куйбишеві, Свердловську, Гур'єві і інших містах.
Водостійкість виробів можна трохи підвищити: застосуванням інтенсивних способів ущільнення гіпсобетонних сумішей при формуванні; введенням в гіпс і вироби з нього невеликої кількості синтетичних смол, кремнійорганічних сполук і ін .; нанесенням покривних плівок або просочуванням виробів розчинами синтетичних смол, гідрофобними речовинами, баритового молоком і т. п. Найбільш же ефективним виявилося застосування змішаних в'яжучих, що представляють собою композиції з напівводного гіпсу, портландцементу або доменних гранульованих шлаків і пуцоланових добавок.
Гіпсові вироби вогнестійкі. Вони прогріваються відносно повільно і руйнуються лише після 6-8 год нагріву, т. Е. При такій тривалості пожежі, яка є малоймовірною. Тому гіпсові вироби часто рекомендують в якості вогнезахисних покриттів.
Сталева арматура в гіпсових виробах в умовах нейтрального середовища (рН = 6,5. 7,5), особливо при значній їх пористості, піддається інтенсивної корозії. Корозія запобігає при покритті стали обмазками: цементно-бітумної, цемеітно-полістіролиюй і ін. Більш надійно попередньо піддавати сталь металізації цинком або алюмінієм, а потім покривати зазначеними обмазками.
Області застосування. Гіпсові в'яжучі застосовують головним чином для виробництва гіпсової сухої штукатурки, перегородкових плит і панелей, елементів заповнення міжповерхових і горищних перекриттів будівель, вентиляційних коробів та інших деталей, які використовуються в конструкціях будівель і споруд при відносній вологості повітря не більше 60%. З гіпсу виготовляють різноманітні архітектурні, 'вогнезахисні, звукопоглинальні і тому подібні вироби. З р-гіпсу виконують стінові камені, панелі і блоки, використовувані при зведенні зовнішніх стін малоповерхових будинків, а також будинків господарського призначення. При цьому необхідно захищати зовнішні гіпсові конструкції від зволоження (пристрій надійної гідроізоляції на фундаментах під стінами, збільшених звисів покрівлі і т. П.).
а-напівводяний гіпс, виготовлений за більш складною технологією, ніж (3-напівгідрат, з підвищеними капіталовкладеннями і витратами енергоресурсів, повинен використовуватися при виготовленні таких виробів і конструкцій, в яких його застосування економічно виправдано. Зокрема, він є хорошим компонентом при виготовленні гнпсоцементно -пуццоланових в'яжучих (ГЦПВ) високих марок, придатних для виробництва армованих сталлю бетонних виробів і конструкцій, які не потребують термообробки для прискорення їх твердіння.