Вопрос 15 Воздушные вяжущие. Гипс. Требования к качеству, условия применения

Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительное время сохранять прочность только на воздухе. По химическому составу они делятся на четыре группы: гипсовые вяжущие, основной которых является сернокислый кальций; магнезиальное вяжущее, содержащее каустический магнезит MgO; жидкое стекло.– силикат натрия или калия (в виде водного раствора); известковые вяжущие, состоящие главным образом из оксида кальция CaO.

Гипсовые вяжущие вещества - это воздушные вяжущие, состоящие в основном из полуводного гипса или ангидрида и получаемые тепловой обработкой сырья и помолом.

Строительный гипс представляет собой порошок белого цвета; плотность его в рыхлом состоянии колеблется в пределах 800 - 1100 кг/м³, а в уплотненном – 1250 - 1450 кг/м³, истинная плотность 2,6 - 2,75 г/см³. Он является быстросхватывающимся и быстротвердеющим вяжущим веществом, к основным свойствам которого относят водопотребность, сроки схватывания, тонкость помола и предел прочности при сжатии и изгибе. Строительный гипс изготовляют низкотемпературным обжигом гипсовой породы (гипсового камня) в варочных котлах и печах. В первом случае гипсовый камень сначала размалывают, потом в виде порошка нагревают в котлах. Имеются промышленные установки, в которых совмещены помол и обжиг. При обжиге в незамкнутом пространстве вода выделяется и удаляется в виде пара.

Сырье для получения гипсовых вяжущих чаще всего служит горная порода гипс, состоящая преимущественно из минерала гипса СаSO₄×2Н₂O. Используют и ангидрит СаSO₄, отходы промышленности (фосфогипс - от переработки природных фосфатов в суперфосфат, борогипс и др.).

Гипсовые вяжущие вещества подразделяются в зависимости от температуры тепловой обработки на две группы: низкообжиговые и высокообжиговые. Низкообжиговые гипсовые вяжущие получают тепловой обработкой природного гипса при низких температурах (110-180°С). Они состоят в основном из полуводного гипса, так как дегидратация сырья при указанных температурах приводит к превращению двуводного гипса в полугидрат СаSO₄×2Н₂O = СаSO₄×0,5Н₂O + 1,5Н₂O. К низкообжиговым гипсовым вяжущим веществам относятся: строительный, формовочный и высокопрочный гипс.

Высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества изготовляют путем обжига гипсового камня при высоких температурах 600-900°С, поэтому они состоят преимущественно из ангидрита СаSO₄, который частично подвергается термической диссоциации с образованием СаО. Небольшое количество оксида кальция в составе вяжущего играет роль активизатора вяжущего с водой. Можно получить ангидритовое вяжущее и без обжига помолом природного ангидрита с активизаторами твердения (известью, обоженным доломитом и т.п.). Высокообжиговый гипс (в отличие от строительного гипса) медленно схватывается и твердеет, но его водостойкость и проч­ность при сжатии выше - 10-20 МПа. Поэтому его применяют при устройстве бесшовных полов, в растворах для штукатурки и кладки, для изготовления "искусственного мрамора".

Высокопрочный гипс получают термической обработкой высокосортного гипсового камня в герметичных аппаратах под давлением пара. Он состоит в основном из a-модификации полу­водного сульфата кальция, более активной, чем b-модификации. Поэтому прочность высокопрочного гипса при сжатии 15-25 МПа превышает прочность строительного гипса. Из него изготовляют элементы стен и сборных перегородок, камни для стен.

Формовочный гипс состоит в основном из модификации полугидрата. Он содержит незначительное количество примесей и тонко размалывается. Применяют в керамической и фосфоро-фаянсовой промышленности для изготовления форм.

Нормальная густота гипсового теста характеризуется количеством воды (в %), при котором получается тесто заданной подвижности. Строительный гипс обладает большой водопотребностью. Для получения теста нормальной густоты необходимо 50-70 % воды по массе гипса.

Сроки схватывания гипсового теста нормальной густоты определяет на приборе Вика по глубине погруже­ния иглы в гипсовое тесто. По срокам схватывания гипс делят на три группы; А -быстросхватывающийся (начало схватывания 2 мин и конец схватывания 15 мин); Б - нормально схватывающийся (соответственно 6 мин и 30 мин); В - медленносхватывающийся (начало схватывания не ранее 20 мин с момента затворения гипсового теста).

Быстрое схватывание гипса затрудняет работу, по­этому в случае необходимости к гипсу добавляют замедлители схватывания (животный клей, сульфитно-дрож­жевую бражку - СДБ) в количестве 0,1-0,3% по массе гипса. При производстве гипсобетонных изделий может возникнуть необходимость в ускорении схватывания гипса, тогда к нему добавляют в небольшом количестве природный двуводный гипс и поваренную соль.

Прочность гипса характеризуется пределом прочности при сжатии образцов - балочек размером 40х40х160 мм из гипсового теста нормальной густоты, испытанных через 1,5 ч после изготовления.

По пределу прочности при сжатии установлено 12 марок гипса: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25, при этом минимальный предел прочности при изгибе для каждой марки должен соответствовать значению соответственно от 1,2 до 8 МПа.

Вследствие сравнительно высокой растворимости двуводпого гипса прочность гипсовых изделий при увлажнении резко снижается (на 40-70%) и обнаруживаются пластические деформации. Водостойкость гипса повышает добавлением молотого гранулированного доменного шлака. Кроме того, водостойкость гипсовых изделий увеличивают, покрывая их поверхности различными составами, образующими водонепроницаемые пленки.

Гипсовые вяжущие применяют для изготовления гипсовых деталей и гипсобетонных изделий - перегородочных панелей, сухой штукатурки и т.п., а также для приготовления штукатурных растворов (внутренней штукатурки) и получения гипсоцементнопуццолановых вяжущих (ГЦПВ). Нередко при применении быстросхватывающегося гипса требуется замедлить схватывание. С этой целью в воду затворения добавляют животный клей или ЛСТ, которые адсорбируются на частицах гипса и образуют адсорбционную пленку, затрудняющую растворение полугидрата и начало его схватывания. В процессе твердения гипсовый раствор немного увеличивается в объеме, что благоприятствует изготовлению архитектурных деталей способом литья.