Гіпсові в'яжучі - група повітряних в'яжучих речовин, в за-тверділи стані складаються з двуводного сульфату кальцію (CaS04 • 2Н20), включає в себе власне гіпсові в'яжучі (далі для стислості - гіпс) і ангідридні в'яжучі (ангідритовий цемент і естрихгіпс).
Гіпс (в будівельній практиці іноді використовують застарілий термін алебастр від rp. Alebastros - білий) - швидкотвердіюче повітряне в'язке, що складається з напівводного сульфату кальцію CaS04 • 0,5Н2О, одержуваного низькотемпературної (<200° С) обработ-кой гипсового сырья.
Сировиною для гіпсу служить в основному природний гіпсовий камінь, що складається з двуводного сульфату кальцію (CaS04 • 2Н20) і відмінності-них механічних домішок (глини і ін.). В якості сировини можуть використовуватися також Гіпсовмісткі промислові відходи, на-приклад, фосфогіпс, а також сульфат кальцію, що утворюється при хімічному очищенню димових газів від оксидів сірки за допомогою вапняку. Все це вказує на те, що проблем з сировиною для гіпсових в'яжучих немає.
Отримання гіпсу включає дві операції:
• термообробку гіпсового каменю на повітрі при 150. 160 ° С; при цьому він втрачає частину хімічно зв'язаної води, перетворюючись в напівводяний сульфат кальцію р-модифікації
CaS04 • 2Н20 - »CaS04 0,5Н2О + 1,5Н20
• тонкий помел продукту, який можна виробляти як до, так і після термообробки; гіпс - м'який мінерал (твердість за шкалою Мооса - 2), тому розмелюють він дуже легко.
Таким способом проводиться основна кількість гіпсу; зазвичай для цього використовують гіпсоварочние котли. Гіпс р-модифікації далі для стислості будемо називати просто «гіпс».
Доступність сировини, простота технології і низька енергоі-кістка виробництва (в 4. 5 разів менше, ніж для отримання порт-ландцемента) роблять гіпс дешевим і перспективним в'язким.
Хімізм твердіння гіпсу полягає в переході напівводного суль-фата кальцію при замішуванні його водою в двуводний:
CaS04 • 0,5Н2О + 1,5Н20 - »CaS04 • 2Н20
Зовні це виражається в перетворенні пластичного тесту в тверду каменеподібним масу.
Причина такої поведінки гіпсу полягає в тому, що полувод - ний гіпс розчиняється в воді майже в 4 рази краще, ніж двуводний (розчинність відповідно 8 і 2 г / л в перерахунку на CaS04). При змішуванні з водою напівводяний гіпс розчиняється до освіти насиченого розчину і тут же гідратіруется, утворюючи двогідрату, по відношенню до якого розчин виявляється пересиченим. Кристал-ли двуводного гіпсу випадають в осад, а напівводяний знову починає розчинятися і т. Д. (Рис. 8.1). Надалі процес може йти по шляху безпосередній гідратації гіпсу в твердій фазі.
Кінцевою стадією твердіння, який спливає через 1. 2 ч, є утворення кристалічного зростка з досить великих кристалів двуводного гіпсу. Частина обсягу цього зростка займає вода (точніше, насичений розчин CaS04 • 2Н20 в воді), не вступив-Шая у взаємодію з гіпсом (про причини присутності цієї води трохи нижче). Якщо висушити затверділий гіпс, то міцність його помітно (в 1,5. 2 рази) підвищиться за рахунок додаткової крісталлі-
зації гіпсу із зазначеного вище розчину по місцях контактів вже сформованих кристалів. При повторному зволоженні процес протікає в зворотному порядку, і гіпс втрачає частину міцності.
Причина наявності вільної води в затверділому гіпсі пояснив-ється тим, що для гідратації гіпсу потрібно близько 20% води від його маси, а для освіти пластичного гіпсового тесту - 50. 60% води. (Останній показник називають водопотребностью, методика визначення якої для гіпсу описана в лабораторній роботі № 6.) Очевидно, що після затвердіння такого тесту (т. Е. Після завершення гідратації) в ньому залишиться 30. 40% (від маси гіпсу) вільної води, що становить близько половини обсягу матеріалу. Цей обсяг води утворює пори, тимчасово зайняті водою, а пористість матеріалу, як відомо, визначає багато його властивості (щільність, міцність, теплопровідність і ін.).
Різниця між кількістю води, необхідною для твердіння в'яжучого і для отримання з нього удобоформуемого тесту, - основна проблема технології матеріалів на основі мінеральних в'яжучих.
Для гіпсу проблема зниження водопотребности і, відповідно, зниження пористості та підвищення міцності була вирішена шляхом отримання гіпсу термообробкою нема на повітрі, а в середовищі насиченої пари (в автоклаві при тиску 0,3. 0,4 МПа) або в розчинах солей (СаС12 • MgCl2 і ін.). У цих умовах утворюється інша кристалічної-ська модифікація полуводного гіпсу - сх-гіпс, що має водопот - ребность 35. 40%.
Гіпс a-модифікації називають високоміцним, так як
завдяки зниженій водопотребности він утворює при твердінні менш пористий і більш міцний камінь, ніж звичайний гіпс (3-моди-фікації. Через труднощі виробництва високоміцний гіпс не знайшов широкого застосування в будівництві.
Технічні властивості гіпсу. Справжня щільність полуводного гіпсу - 2,65. 2,75 г / см3 (двуводного - 2,32 г / см3); насипна щільність по-луводного гіпсу - 800. 1100 кг / м3.
По термінах схоплювання, що визначаються на приладі Віка (методика визначення описана в лабораторній роботі), гіпс ділять на три групи (А, Б, В):
Швидкотвердіючий (А) Нормальнотвердеющій (Б) повільнотвердіючими (В)
Не раніше 2 хв не раніше 6 хв не раніше 20 хв
Не пізніше 15 хв не пізніше 30 хв не нормується
Уповільнюють схоплювання гіпсу добавкою столярного клею, сульфіт-носпіртовой барди (ССБ), технічних лігносульфонатів (JICT), кератинового сповільнювач, а також борної кислоти, бури та полімер-них дисперсій (наприклад, ПВА).
Марку гіпсу визначають випробуванням на стиск і вигин стандартами-тних зразків-балочок 4 х 4 х 16 см через 2 години після їх формування (про методику випробувань см. Лабораторну роботу). За цей час гідра-тація і кристалізація гіпсу закінчується.
Встановлено 12 марок гіпсу по міцності від Г-2 до Г-25 (цифра показує нижню межу міцності при стисненні даної марки гіпсу):
Маркують гіпсові в'яжучі за всіма трьома показниками: швидкості схоплювання, тонкості помелу і міцності. Наприклад, гіпсове в'язке Г-7АІІ - швидкотвердіюче (А), середнього помелу (II), ін-ність на стиск не менше 7 МПа.
Щільність затверділого гіпсового каменю низька (1200. 1500 кг / м3) через значну пористості (60. 30% відповідно).
Гіпсове в'язке - одне з небагатьох в'яжучих, розширюю-трудящих при твердінні: збільшення в обсязі досягає 0,2%. Ця особливість гіпсових в'яжучих дозволяє застосовувати їх без запол нітелей, не боячись розтріскування від усадки.
При зволоженні затверділий гіпс не тільки істотно (в 2. 3 рази) знижує міцність, але і проявляє небажану властивість - повзучість - повільне необоротна зміна розмірів і форми під навантаженням. Характер рідкого середовища у вологому гіпсенейтраль-ний (pH = 6,5. 7,5), і вона містить іони Са + 2 і S0'24, тому сталева арматура в гіпсі кородує. Зволоженню гіпсу способст-яття його гігроскопічність - здатність поглинати вологу з повітря.
Гіпс добре зчіплюється з деревиною й тому його доцільність-різному армувати дерев'яними рейками, картоном або целюлозно-ними волокнами і наповнювати деревними стружками і тирсою.
Гіпсові матеріали не тільки є негорючими але в силу своєї пористості уповільнюють передачу теплоти, а при дії високих температур в результаті термічної дисоціації виділяють воду, тим самим гальмуючи поширення вогню.
У сухих умовах експлуатації або при запобіганні від дії води (гідрофобізіруюгціе покриття, просочення ІТ. П.) Гіпс дуже перспективне з технічної та екологічної точок зору в'яжучий.
Області застосування. Найголовніша область застосування гіпсу - пристрій перегородок. Вони можуть бути заводського виготовлення у вигляді панелей «на кімнату», із гіпсового каміння або з гіпсокартонних листів. Останні також широко застосовують для обробки стін і стель. Гіпсоволокністис матеріали використовують як вирівнюю-щий шар під чисті підлоги. З гіпсу роблять акустичні плити. У різних варіантах його застосовують для вогнезахисних покриттів металевих конструкцій. Менший за обсягом, але важливе направ-ня використання гіпсу: декоративні архітектурні деталі (леп-нина) і скульптура.
Гіпс використовують для виготовлення форм (наприклад, для кераміки)
- формувальний гіпс і в медицині для фіксації при переломах - медичний гіпс. Два останні види гіпсу відрізняються від будівельник-ного кілька підвищеними вимогами до тонкості помелу і хімічним складом.
Місцеві в'яжучі матеріали з гипсосодержащих порід. У районах Середньої Азії і Закавказзя застосовують місцеві в'яжучі - ганч і гажу. Їх отримують з порід, що містять гіпс (20. 60 і глину (80. 40%). Ганч і гажа за властивостями нагадують звичайний гіпс, відрізняючись від нього більш повільним схоплюванням. Ці в'яжучі використовують для штукатурних і художніх робіт.
Ангідритного в'яжучий і високообжіговий гіпс - медленносхва- Тива і повільнотвердіючими в'яжучі, що складаються з безводдя-ного сульфату кальцію CaS04 і активизаторов твердіння.
Безводний сульфат кальцію існує в природі у вигляді мінералу
- ангідриту, проте навіть в тонкоразмолотом стані він не обна-ружівает в'яжучих властивостей.
Високообжіговий гіпс (естріх-гіпс) отримують випаленням природно-го гіпсового каменю CaS04 • 2Н20 до високих температур (800. 950 ° С). При цьому відбувається його часткова дисоціація з утворенням СаО. Останній служить активизатором твердіння ангідриту. Окончатель-ним продуктом твердіння такого в'яжучого є двуводний гіпс, що визначає експлуатаційні властивості матеріалу. Технологічн-ські ж властивості естріх-гіпсу істотно відрізняються від властивостей звичайного гіпсу.
Терміни схоплювання естріх-гіпсу: початок не раніше 2 год, кінець - не нормується.
Завдяки зниженою водопотребности (у естріх-гіпсу вона зі-ставлять 30. 35% проти 50. 60% у звичайного гіпсу) естріх-гіпс після затвердіння утворює більш щільний і міцний матеріал. Міцність зразків-кубів з розчину жорсткої консистенції складу в'язке: пісок = 1: 3 через 28 діб тверднення у вологих умовах - 10. 20 МПа. За цим показником встановлюють марку естріх-гіпсу: 100; 150 або 200 (кгс / см2).
Ангідритовий цемент отримують випаленням природного гіпсу при
600. 700 ° С до повної дегідратації, т. Е. До освіти ангідриту; можливо також використання природного ангідриту, що піддається тільки сушінні та розмелюванню. Цей вид в'яжучих був запропонований П. П. Буд-ників.
Підготовлений ангідрит розмелюють з активізаторами тверде-ня. Використовують лужні активізатори: вапно (3. 5%) або основ-ні шлаки (10. 15%) і розчинні сульфати: Na2S04, A12 (S04) 3, FeS04 і ін. (0,5. 1%). Склад затверділого матеріалу, властивості і марки ангідритного цементу такі ж, як у естріх-гіпсу.
Естріх-гіпс і ангідритовий цемент застосовували в кінці XIX - початку XX ст. для кладок і штукатурних розчинів (в тому числі і для отримання штучного мармуру), пристрої безшовних підлог, підстав під чисті підлоги і т. п. В даний час ці терпкі застосовуються обмежено. Вельми вірогідна поява інтересу до цих в'язким в недалекому майбутньому.