| Гипсовые вяжущие — группа
воздушных вяжущих веществ, в затвердевшем состоянии состоящих из двуводного
сульфата кальция (CaS04 • 2Н20), включает в себя собственно гипсовые вяжущие
(далее для краткости — гипс) и ангидритовые вяжущие (ангидритовый цемент и
эстрихгипс).
Гипс (в строительной практике иногда используют устаревший
термин алебастр от гр. alebastros — белый) — быстротвердеющее воздушное
вяжущее, состоящее из полуводного сульфата кальция CaS04 • 0,5Н20,
получаемого низкотемпературной (< 200° С) обработкой гипсового сырья.
Сырьем для гипса служит в основном природный гипсовый
камень, состоящий из двуводного сульфата кальция (CaS04 2Н20) и различных
механических примесей (глины и др.). В качестве сырья могут использоваться
также гипсосодержащие промышленные отходы, например, фосфогипс, а также
сульфат кальция, образующийся при химической очистке дымовых газов от оксидов
серы с помощью известняка. Все это указывает на то, что проблем с сырьем ддя
гипсовых вяжущих нет.
Получение гипса включает две операции:
• термообработку гипсового камня на воздухе при
150...160° С; при этом он теряет часть химически связанной воды, превращаясь
в полуводный сульфат кальция р-модификации CaS04 • 2Н20 -> CaS04 0,5Н20 +
1,5Н20
• тонкий размол продукта, который можно
производить как до, так и после термообработки; гипс — мягкий минерал
(твердость по шкале Мооса — 2), поэтому размалывается он очень легко.
Таким способом производится основное количество гипса;
обычно для этого используют гипсоварочные котлы. Гипс (3-модификадии далее
для краткости будем называть просто «гипс».
Доступность сырья, простота технологии и низкая
энергоемкость производства (в 4...5 раз меньше, чем для получения портландцемента)
делают гипс дешевым и перспективным вяжущим.
Химизм твердения гипса заключается в переходе полуводного
сульфата кальция при затворении его водой в двуводный:
CaS04 • 0,5Н20 + 1,5Н20 -> CaS04 • 2Н20
Внешне это выражается в превращении пластичного теста в
твердую камнеподобную массу.
Причина такого поведения гипса заключается в том, что
полуводный гипс растворяется в воде почти в 4 раза лучше, чем двуводный
(растворимость соответственно 8 и 2 г/л в пересчете на CaS04). При смешивании
с водой полуводный гипс растворяется до образования насыщенного раствора и
тут же гидратируется, образуя двугидрат, по отношению к которому раствор
оказывается пересыщенным. Кристаллы двуводного гипса выпадают в осадок, а
полуводный вновь начинает растворяться и т. д. ( 8.1). В дальнейшем процесс
может идти по пути непосредственной гидратации гипса в твердой фазе.
Конечной стадией твердения, заканчивающегося через L..2 ч,
является образование кристаллического сростка из достаточно крупных
кристаллов двуводного гипса. Часть объема этого сростка занимает вода
(точнее, насыщенный раствор CaS04 - 2Н20 в воде), не вступившая во
взаимодействие с гипсом (о причинах присутствия этой воды чуть ниже). Если
высушить затвердевший гипс, то прочность его заметно (в 1,5...2 раза)
повысится за счет дополнительной кристаллизации гипса из указанного выше
раствора по местам контактов уже сформированных кристаллов. При повторном
увлажнении процесс протекает в обратном порядке, и гипс теряет часть
прочности.
Причина наличия свободной воды в затвердевшем гипсе
объясняется тем, что для гидратации гипса нужно около 20 % воды от его массы,
а для образования пластичного гипсового теста — 50...60 % воды. (Последний
показатель называют водопотребностью, методика определения которой для гипса
описана в лабораторной работе № 6.) Очевидно, что после затвердевания такого
теста (т. е. после завершения гидратации) в нем останется 30...40 % (от массы
гипса) свободной воды, что составляет около половины объема материала. Этот
объем воды образует поры, временно занятые водой, а пористость материала, как
известно, определяет многие его свойства (плотность, прочность,
теплопроводность и др.).
Разница между количеством воды, необходимым для твердения
, ' вяжущего и для получения из него удобоформуемого теста, основная проблема
технологии материалов на основе минеральных вяжущих.
Для гипса проблема снижения водопотребности и,
соответственно, снижения пористости и повышения прочности была решена путем
получения гипса термообработкой не на воздухе, а в среде насыщенного пара (в
автоклаве при давлении 0,3...0,4 МПа) или в растворах солей (СаС12 - MgCl2 и
др.). В этих условиях образуется другая кристаллическая модификация
полуводного гипса — сх-гипс, имеющая водопот- ребность 35...40 %.
Гипс а-модификации называют высокопрочным гипсом, так как
благодаря пониженной водопотребности он образует при твердении менее пористый
и более прочный камень, чем обычный гипс (^модификации. Из-за трудностей
производства высокопрочный гипс не нашел широкого применения в строительстве.
|