В строительстве по масштабам применения тисовые вяжущие уступают цементам и извести, но используются весьма широко.

Затраты топлива на изготовление тонны гипсового вяжущего в четыре раза ниже, чем на производство тонны цемента.

Гипсовые изделия отличаются гигиеничностью, небольшой средней плотностью (1200.1500 кг/м3), высокой пористостью (30.60%), огнестойкостью, архитектурной выразительностью, высокими теплои звукоизоляционными свойствами.

В штукатурных работах применяют гипсовые вяжущие всех марок, среднего и тонкого помола, нормального и медленного твердения. Добавка гипсовых вяжущих ускоряет схватывание известково-песчаных растворов и повышает прочность штукатурного слоя, придает его поверхности гладкость и белизну.

Гипсовые вяжущие марок Г-2. Г-7 применяют для изготовления гипсовых деталей и гипсобетонных изделий - панелей для перегородок, листов сухой штукатурки, для приготовления растворов для внутренней штукатурки и получения гипсоцементно-пуццолановых вяжущих.

Гипсовые вяжущие марок Г-5. Г-25 тонкого помола с нормальными сроками схватывания применяют для изготовления форм и моделей фарфоровых, фаянсовых и других керамических изделий.

Гипсовые вяжущие служат основой для приготовления мастик для приклеивания листов сухой штукатурки.

Вяжущие низких марок используют для гипсовой заводки, в которой обрабатывают паклю при конопатке перегородок, оконных и дверных проемов.

При изготовлении гипсовых изделий гипсовые вяжущие иногда затворяют водными растворами синтетических смол, в результате получается материал - полимергипс. Он плотнее обычного гипса, обладает высокой механической прочностью (до 30 МПа), постоянством объема, малой водопроницаемостью, повышенным сопротивлением истиранию.

Перевозят гипсовые вяжущие в мешках или без упаковки, навалом. При этом их предохраняют от увлажнения и загрязнения.

Даже при хранении в сухих условиях гипсовые вяжущие быстро теряют активность, обладая высокой гигроскопичностью (через три месяца хранения потеря активности составляет примерно 30%).

Высокая гигроскопичность и низкая водостойкость гипсовых вяжущих приводят к потере прочности изделий во влажных условиях.

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

В отличие от других 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.

При необходимости заполнителями могут служить древесные опилки, стружка, костра, а также легкие пористые материалы - шлаки, керамзит, шлаковая пемза и др.

Формовочный гипс, подобно строительному, в основном состоит из Са504 0,5НаО. 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.

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 Са504.

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.

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.

Модификации гипса

Кроме двуводного гипса и ангидрита существует еще несколько модификаций водного и безводного сульфата кальция, которые получают, обезвоживая двугидрат при различных температурах. Для практических целей особое значение имеет знание условий получения модификаций полуводного сульфата кальция.

Изучением модификаций гипса, условий их стабильного существования, взаимных переходов, а также теорией твердения гипсовых вяжущих занимались А. Ле Шателье, Я. Вант-Гофф, А.А. Байков, Д.С. Белянкин, П.П. Будников, П.А. Ребиндер, К - Келли, Д. Суттард и К. Андерсон и др.

Д.С. Белянкин и Л.Г. Берг на основании своих исследований, а также данных К. Келли, Д. Суттарда и К. Андерсона пришли к выводу о существовании следующих модификаций водного и безводного сульфата кальция: двуводный сульфат кальция (гипс) CaS04-2H20; а-полуводиый сульфат кальция (полугидрат) a-CaSCV 0,5Н2О; р-полуводный сульфат кальция (полугидрат) p-CaSO4-0,5H2O; а-обезвоженный полугидрат CaSQ4; р-обезвоженный полугидрат CaS04; а-растворимый ангидрит CaS04; р-растворимый ангидрит CaS04; нерастворимый ангидрит (обычно называемый ангидритом) CaS04.

Кристаллы двуводного гипса (природного или полученного искусственным путем) - призмы моноклинической системы, обладающие весьма совершенной спайностью. Показатели светопреломления: Л^= 1,5305, Np-1,5207. Твердость по десятибалльной шкале равна 2.

Химически чистый двуводный гипс содержит СаО 32,56%, S03 46,51 %, Н20 20,93%. Истинная плотность его колеблется от - 2,2 до 2,4 г/см3. В воде при разных температурах растворяются следующие количества гипса (в пересчете на CaS04), %: при 0°С~-0,17; 18°С - 0,2; 40°С - 0,21; 100°С - 0,17. Удельная теплоемкость при 22°С равна 1,07 кДж/ (кг.°С).

Реакции дегидратации гипса с образованием различных модификаций (при условной температуре 25 0С) ' протекают с поглощением теплоты:

CaS04-2H20 = CaSO4-0,5H2O (a) + 1,5Н20 (вода) - 17,2 или (пар) 83,17 кДж/мо. чь; 573 Дж/г полугидрата;

CaS04-2H20 = CaSO4-0,5H2O (|3) + 1,5Н20 (вода) - 19,3 или (пар) 85,27 кДж/моль; 588 Дж/r полугидрата;

CaS04-2H20=CaS04 (нерастворимый ангидрит) + 2Н20 (вода) - 16,9 или (пар) 105 кДж/моль; 771 Дж/г ангидрита.

В ряде случаев нагревание до 75-80°С достаточно для медленного обезвоживания гипса, протекающего наиболее интенсивно при таких температурах, при которых давление водяных паров, выделяющихся из нагреваемого гипса," значительно превышает атмосферное. Вместе с тем по ряду опытов переход двугидрата в полугидрат отмечается даже при комнатной температуре и относительной влажности воздуха ниже 20 %. При влажности же около 5 % и меньше начинается медленное обезвоживание и полугидрата.

гипсовое вяжущее вещество гипс

Образование модификаций полуводного гипса зависит от условий тепловой обработки.

По данным Д.С. Белянкииа, Л.Г. Берга и других, а-полугидрат образуется при обработке гипса при температуре выше 97-100°С в среде насыщенного пара и в воде или в растворах некоторых солей, т.е. в условиях, при которых вода из гипса выделяется в жидком состоянии. В технике для этой цели применяют тепловую обработку при 107-125°С и выше.

fi-модификация полуводного гипса получается при обычном нагревании гипса до 100-160°С в открытых аппаратах, сообщающихся с атмосферой, при удалении из него воды в виде перегретого пара. Истинная плотность а - и р-полугидратов равна соответственно 2,72 - 12,75 и 2,62-2,66 г/см3.

Теоретически в полуводных модификациях сульфата кальция содержится 6,2 % гидратной воды, но в кристаллах а-модификации часто остается небольшое Количество (0,1-0,2%) воды (сверх установленного теоретически) в виде твердого раствора. Удаляют ее высушиванием при 50-60°С. Удельная теплоемкость а - и р-полугидратов соответственно 0,8 и 0,84 кДж/ (кг-°С); а-полугидрат кристаллизуется в виде хорошо образованных крупных прозрачных игл или призм. Показатели его светопреломления: Ng-1,583 и д/р-1,559. (3-полугидрат состоит из мельчайших агрегатов плохо выраженных кристалликов, величина и форма которых зависят от условий тепловой обработки, макро - и микроструктуры исходного сырья, наличия примесей и т.п. Показатели его светопреломления: Ng = = 1,556 и N"= 1,550. По данным О. Флерке и др., а-и (3-полугидраты не различаются по строению кристаллической решетки. Различие же в скорости пх гидратации и в теплоте растворения объясняется неодинаковой степенью дисперсности кристаллов этих двух модификаций полугидрата.

В процессе затворения а-полугидрата водой благодаря пониженной дисперсности его кристаллов требуемую подвижность теста можно получить при меньшем расходе воды, чем при затворении р-полугидрата, отличающегося тонкокристаллической структурой и повышенной скоростью гидратации. В результате затвердевший гипс из а-полугидрата приобретает повышенную плотность и прочность по сравнению с |3-полугидратом. Прочность же затвердевшего гипса, полученного из а - или р-полу-гидрата при одинаковом водогипсовом отношении, примерно одинакова; а-полугидрат схватывается несколько медленнее р-полугидрата.

Образование а-полугидрата, а также нерастворимого ангидрита из CaS04-2H20 в водной среде объясняется разной растворимостью этих модификаций сульфата кальция при различных температурах. Как показано на 1, полуводный гипс (кривая QF) при температурах ниже 97°С более растворим по сравнению с двуводным гипсом (кривая Аа) и ангидритом. Поэтому в данной области температур его раствор является метастабильным и из него CaS04 выделяется в виде двугидрата. При температурах выше 97°С CaSO4-0,5H2O растворим в воде менее, чем CaS04-2H20, что предопределяет стабильность раствора без его перехода в последний.

В области температур от 412°С и выше наименее растворимым является ангидрит (кривая CD), что обусловливает стабильность его водного раствора и возможность перехода в эту модификацию двуводного и полуводного гипса. Но такой процесс в отсутствие кристаллических затравок практически почти не наблюдается.

р-полугидрат при 170-180°С, а а-полугндрат при 200-210°С теряют остальную кристаллизационную воду и переходят соответственно в [i - и а-обезвожеиные полугидраты. При этом в отличие от обезвоживания двуводного гипса до полугидрата, сопровождающегося полной перестройкой кристаллической решетки, дегидратация а - и р-полугидратов не вызывает видимых изменений структуры.

Кристаллические решетки а - и р-полугидратов и а-и р-обезвоженных полугидратов соответственно очень сходны между собой, поэтому продукты обезвоживания полугидратов названы обезвоженными полугидратами. Они нестойки н быстро гидратируются на воздухе до обычных полугидратов. Некоторыми учеными их существование оспаривается.

При дальнейшем нагревании а-обезвожеиного полугидрата до 220°С и выше и р-обезвожегшого полугидрата до 320-360°С их кристаллические решетки перестраиваются и они переходят соответственно в а-раствори-мый и р-растворимый ангидриты.

Растворимые ангидриты отличаются от полугидратов более высокой водопотребностыо, быстрым схватыванием и пониженной прочностью, поэтому при получении строительного гипса следует избегать нагревания гипса до температур, при которых возможно их образование. В зарубежной литературе они обозначаются соответственно а-АШ и р-АШ.

Некоторые исследователи отрицают существование отдельных модификаций а - и р-растворнмых ангидритов. В частности, О, Флерке полагает, что имеется лишь одна модификация растворимого ангидрита, которую он обозначает как - у-ангидрит. При нагревании в интервале температур 400-800°С и выше описанные водные и безводные модификации сульфата кальция при полной перестройке кристаллической решетки переходят в нерастворимый ангидрит, который часто называют ангидритом II (АН), а иногда р-ангидритом. При переходе а-растворимого ангидрита в нерастворимый (АН) выделяется теплота в количестве 65,3 Дж/г. Переход {i-pac-творимого ангидрита в нерастворимый сопровождается выделением 97,3 Дж/г.

Как уже отмечалось, нерастворимый ангидрит можно получить нагреванием двугидрата в водной среде при; 42°С и выше, но лишь при внесении в раствор кристаллов ангидрита. Он кристаллизуется в ромбической системе. Показатели его светопреломления: /Vg= 1,614; Np*=* = 1,57.

Нерастворимый ангидрит трудно растворяется в воде, в смеси с водой медленно и практически не схватывается и не твердеет. Его истинная плотность 2,9 - 3,1 г/см3, твердость 2,9-3,5. Растворимость при 20°С - 2,05 г/л.

При нагревании гипса до 800-1000°С сернокислый кальций частично разлагается на оксид кальция, сернистый газ и кислород. Получаемый при этом продукт обжига состоит из нерастворимого ангидрита и небольшого количества оксида кальция (2-3 %), под каталитическим воздействием которого он приобретает свойство схватываться и твердеть. Этот продукт называется высокообжиговым гипсом. По мере дальнейшего повышения температуры и времени обжига содержание свободного СаО возрастает. Нагревание нерастворимого ангидрита (АН или р-ангидрита) до 1180°С, а по другим данным до 1205°С вызывает его переход в ангидрит I (а-ангидрит"), сопровождаемый выделением теплоты. При температуре же около 1495°С ангидрит плавится и быстро разлагается по реакции 2CaS04->-2CaO+2S02+02.

Размещено на Allbest.ru