Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Строительные материалы

Книги по строительству и ремонту

Гипсовые вяжущие вещества

 Гипсовыми вяжущими веществами называют материалы, для получения которых используют сырье, содержащее сернокислый кальций. Чаще это природные гипс CaSO4-2H2O и ангидрит CaSO4, реже — некоторые побочные, продукты химической промышленности (фосфогипс, борогипс).

 Производство.

Создавая соответствующие условия дегидратации двуводного гипса, можно получить различные гипсовые вяжущие вещества, которые разделяют на две группы: низкообжиговые (собственно гипсовые) и высокообжиговые (ангидритовые) — ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс.

При нагревании двуводного гипса до 180°С двуводный гипс превращается в полуводный:

CaSO4- 2Н2О = CaSO4- 0,5H2O + 1,5НаО

а при дальнейшем нагревании до 200 °С полностью обезвоживается, превращаясь в безводный растворимый ангидрит CaSO4.

Модификации полуводного и безводного растворимого гипса значительно отличаются по своим вяжущим свойствам (см. ниже).

При дальнейшем нагревании до 45О...75О°С безводный гипс медленно переходит в нерастворимый ангидрит, не обладающий вяжущими свойствами, но если его размолоть и ввести  некоторые  вещества — катализаторы,  он приобретает способность медленно схватываться и твердеть.

При нагревании до 800...1000 °С нерастворимый ангидрит частично разлагается на оксид кальция, сернистый газ и кислород. Полученный продукт, размолотый в порошок, вследствие появления небольшого количества оксида кальция (3...5 %), выполняющего роль катализатора, вновь приобретает свойства схватываться и твердеть.

Термическую обработку природного гипса и помол осуществляют по различным схемам. По одной из схем гипсовый камень измельчают до обжига, по другой — после обжига, а по третьей — помол и обжиг совмещают в одном аппарате (обжиг во взвешенном состоянии).

Для получения гипсовых вяжущих сырье обжигают в печах (вращающихся, шахтных и др.) или в варочных котлах. При обжиге в открытых аппаратах, сообщающихся с атмосферой, вода из сырья удаляется в виде па-ра и гипсовое вяжущее преимущественно состоит из мелких кристаллов р-модификации CaSO4-0,5H2O. При обжиге в герметических аппаратах (котлах-автоклавах), в которых обезвоживание природного гипса происходит в среде насыщенного пара под давлением выше атмосферного или в процессе кипячения в водных растворах некоторых солей при атмосферном давлении с последующей сушкой и измельчением, получают гипс, который состоит в основном из а-модификации CaSO4-0,5H?O в виде крупных и плотных кристаллов, характеризующихся пониженной водопотребностью по сравнению с JJ-полугидратом. Это обусловливает более плотную структуру отвердевшего CaSO4-0,5H2O и более высокую его прочность.

Твердение гипсовых вяжущих проходит по следующей схеме.

 На первом этапе (подготовительном) частицы полуводного гипса, приходя в соприкосновение с водой, начинают растворяться с поверхности до образования насыщенного раствора. Одновременно начинается гидратация полуводного гипса по реакции

CaSCV 0,5Н2О + 1,5НаО = CaSO4-2H2O

Этот период характеризуется пластичным состоянием теста.

 На втором этапе (коллоидации) наряду с гидратацией растворенного полугидрата и переходом его в двуводный гипс происходит прямое присоединение воды к твердому полуводному гипсу. Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде высокодисперсных кристаллических частичек. Так как двуводный гипс обладает значительно меньшей растворимостью (примерно в 5 раз), чем полуводный, то насыщенный раствор по отношению к исходному полуводному гипсу является пересыщенным по отношению к образующемуся двуводному гипсу и тот, выделяясь из раствора, образует коллоидно-дисперсную массу в виде геля (студня), в которой кристаллики двугидрата связаны слабыми ван-дер-ваальсо-выми силами молекулярного сцепления. Этот период характеризуется  загустеваннем  теста   (схватыванием).

На третьем этапе (кристаллизации) образовавшийся неустойчивый гель перекристаллизовывается в более крупные кристаллы, которые срастаются между собой в кристаллические сростки, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности.

Указанные этапы не следуют строго друг за другом, а налагаются один на другой и продолжаются до тех пор, пока весь полуводный гипс не перейдет в двуводный (практически через 20...40 мин после затвердения). К этому времени достигается максимальная прочность системы во влажном состоянии. Дальнейшее увеличение прочности гипсового камня происходит вследствие его высыхания. При этом из водного раствора выделяется частично оставшийся в нем двуводный гипс, упрочняющий контакты между кристаллическими сростками. При полном высыхании рост прочности прекращается. Сушка является необходимой операцией в технологии гипсовых изделий, но проводить ее надо осторожно (при температуре не выше 6О...7О°С), чтобы не допустить дегидратацию образовавшегося двугидрата сульфата кальция.