Воздушные вяжущие вещества.

В зависимости от температуры тепловой обработки гипсо­вые вяжущие вещес-тва подразделяют на две группы: низкооб­жиговые и высокообжиговые.

Низкообжиговые гипсовые вещества получают тепловой обработкой приро-дного гипса при низких температурах 110— 180°С. При нагревании двуводного гипса до 180°С образуется полуводный гипс CaSO₄ ∙ 2Н₂О = CaSO₄ ∙ 0, 5Н₂О + 1, 5Н₂О.

Тепловая обработка сырья производится в котлах, крис­таллизационная вода при этом выделяется в виде водяного пара, поэтому говорят, что гипс «варят» в котле. Реакция дегидратации протекает с поглощением теплоты, для получения 1 кг полуводного гипса из двугидрата теорети­чески надо затратить 580 кДж.

В зависимости от условий, в которых осуществляется на­гревание, полувод-ный и безводный гипс могут иметь различ­ное строение кристаллов. При удалении воды в виде перегрето­го пара в варочных котлах получаются продукты - модифика-ции в виде мельчайших плохо выраженных кристаллов. В ус­ловиях, когда вода из природного гипса выделяется в жидком состоянии, в автоклавах образуются круп-нокристаллические - модификации полуводного и безводного гипса. Вследствие того, что кристаллы вяжущего - модификации крупнее, оно характеризуется ме- ньшей водопотребностью, чем вяжущее - модификации. Затвердевший после затворения водой - полугидрат вследствие меньшей водопотребности и пони­женной пористости обладает более высокой прочностью.

Повышение температуры выше 180°С приводит к обезво­живанию гипса и превращению его в безводный растворимый ангидрит CaSO₄. При нагревании до 450 - 750°С безводный гипс медленно переходит в нерастворимый ангидрит, не обладаю­щий вяжущими свойствами, но если его размолоть и ввести некоторые ве-щества — катализаторы, он приобретает способ­ность медленно схватываться и твердеть.

При нагревании до 800—1000°С нерастворимый ангидрит частично раз-лагается на окись кальция, сернистый газ и кис­лород: 2CaSO₄ = 2СаО + 2SO₂ + O₂. Полученный продукт, размолотый в порошок, вследствие появления небольшого ко­личества оксида кальция (3-5%), выполняющего роль катали­затора, вновь при-обретает свойства схватываться и твердеть.

Термическую обработку природного гипса осуществляют по различным тех-нологическим 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).

К низкообжиговым гипсовым вяжущим относят строитель­ный, высокопроч-ный и формовочный гипс.

Для получения строительного и формовочного гипса сы­рье обжигают в варо-чных котлах или в печах (вращающихся, шахтных и др.).

Строительный гипс преимущественно состоит из кристал­лов модифика-ции полугидрата CaSO₄∙ 0, 5H₂O.

Высокопрочный гипс получают в термических 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 измельчени-ем. Он состоит в основном из - моди­фикации полуводного сульфата кальция.

Формовочный гипс состоит в основном из - модифика­ции полугидрата Са8О₄∙ 0, 5Н₂О. Он содержит незначительное количество примесей и тонко размалы-вается. Применяют его в керамической и фарфоро-фаянсовой промышленности для изготовления форм.

Твердение низкообжиговых гипсовых вяжущих в соответ­ствии с теорией тве-рдения неорганических вяжущих веществ А. А. Байкова проходит по следующей схеме.

На первом этапе (подготовительном) частицы полуводно­го гипса, приходя в соприкосновение с водой, начинают ра­створяться с поверхности до образования на-сыщенного раство­ра. Одновременно начинается гидратация полуводного гипса по реакции CaSO₄ ∙ 0, 5Н₂О + 1, 5Н₂О = CaSO₄ ∙ 2Н₂О. Этот период характеризуется пластичным состоянием теста. По­скольку растворимость полугидрата в воде 8 г/л, а двугидрата 2 г/л, то вскоре после затворения строительного гипса водой создаются условия для образования в пересыщенном растворе зародышей кристал-лов двугидрата.

На втором этапе (коллоидации) наряду с гидратацией ра­створенного полуги-драта 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.

Схватывание (загустевание) гипсового теста начинается с образования рых-лой пространственной коагуляционной струк­туры, в которой кристаллы двугидрата связаны слабыми ван-дер-ваальсовыми силами молекулярного сцепления.

Теоретически для гидратации полуводного гипса с образо­ванием двуводного гипса требуется 18, 6% воды от массы гип­сового вяжущего вещества. Практически для получения удобо-формуемой пластичной смеси строительный гипс требует 50-70%, а высокопрочный — 30-40% воды. Вследствие значитель­ного количест-ва химически несвязанной воды затвердевший гипс имеет большую пористость — 40-60% и более. Пористость мень­ше при использовании высокопрочного гипса. Гипс - модифи­кации называют высокопрочным, так как благодаря понижен­ной во-допотребности 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.

На третьем этапе (кристаллизации) образовавшийся не­устойчивый гель пе-рекристаллизовывается в более крупные кристаллы, которые срастаются между со-бой 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 дву-водный (практически через 20-40 мин после затворения). К этому времени дос-тига­ется максимальная прочность системы во влажном состоянии. Дальнейшее уве-личение 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 удалении воды, смачивающей поверхность кристаллов, устраняется их взаимное скольжение, что приводит к повы­шению прочности и резкому уменьшению деформаций ползу­чести гипсового камня. При полном высыхании рост прочнос­ти прекращается. Сушка яв-ляется необходимой операцией в технологии гипсовых изделий, но проводить ее надо осторож­но (при температуре не выше 60-70°С), чтобы не допустить дегид- ратацию образовавшегося двугидрата сульфата кальция.

Свойства строительного и высокопрочного гипса во мно­гом одинаковы. Строительный гипс имеет ряд особенностей: быстро схва­тывается и твердеет, обла-дает повышенной водопотребностью и пористостью, в начальный период твердения увеличивается в объеме, обладает низкой водостойкостью, подвержен значи­тель-ным деформациям ползучести.

Водопотребность гипсового вяжущего определяется ко­личеством воды, % массы вяжущего, необходимым для по­лучения гипсового теста стандартной кон-систенции (диаметр расплыва 180 + 5мм). Гипсовое тесто такого расплыва счи­тают тестом нормальной густоты, а количество воды, при этом затраченное, наз-ывают нормальной густотой гипсового вяжущего.

По срокам схватывания и твердения гипсовые вяжущие делят на три группы:

• А — быстротвердеющие (начало схватывания не ранее 2 мин, конец — не позднее 15 мин),

• Б — нормальнотвердеющие (начало схватывания не ра­нее 6 мин, конец — не позднее 30 мин),

• В — медленнотвердеющие (начало схватывания не ра­нее 20 мин, конец не нормируется).

Замедляют схватывание гипсовых вяжущих введением в гипсовое тесто рас-творов столярного клея, лигносульфонатов технических (ЛСТ). Эти вещества адсор-бируются на частицах гипса и образуют адсорбционную пленку, затрудняющую ра­створение полугидрата и начало его схватывания.

По тонкости помола различают вяжущие грубого I, сред­него II и тонкого III помолов. Тонкость помола характеризуется остатком на сите № 02, % по массе. Вяжущие грубо­го помола имеют остаток не более 23 %, среднего — 14, тон­кого — 2 %.

Прочность гипсовых вяжущих определяют по результатам испытания образ-цов — балочек размером 40x40x160 мм из гипсового теста нормальной густоты через 2ч после изготов­ления. За это время гидратация и кристаллизация вяжущего завершаются.

По пределу прочности при сжатии и изгибе гипсовые вя­жущие делят на 12 марок: от Г-2 до Г-25 (Г — гипс, 2 - 25 — предел прочности при сжатии).

Вяжущие марки Г-2 — Г-7 применяют для изготовления панелей и плит перегородок, гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, стеновых камней и ар-хитектурно-декоратив­ных изделий, штукатурных и шпаклевочных смесей и др. Вя­жущие марок Г-5 — Г-7 применяют для отливки моделей и форм в фарфорофа-янсовой, керамической, автомобильной, авиационной промышленности и машино-строении.

Для тонкостенных изделий (вентиляционные короба и др.), штукатурных ра-бот и шпаклевочных смесей, заделки швов при­меняют гипсовые вяжущие марок Г-3 — Г-25.

Кроме гипсовых вяжущих общестроительного назначения выпускают высо-копрочное гипсовое вяжущее — супергипс, ко­торый получают путем тепловой обработки гипсового камня первого сорта, смешанного с модификатором — фта-левым или малеиновым ангидритом, в среде насыщенного водяного пара под дав-лением. Тонкость помола супергипса — остаток на сите № 02 не более 1 %, сроки схватывания: начало не ранее 4 мин, конец не позднее 25 мин, предел прочности при сжатии в воз­расте 2 ч не менее 22 МПа.

Вяжущее повышенной водостойкости из фосфогипса, раз­работанное ВНИИ-Стромом им. П.П. Будникова, является сме­шанным вяжущим, полученным путем гидротермальной об­работки в автоклаве при 120-130°С водной суспензии, сос-тоя­щей из 85% фосфогипса, 10 — портландцемента, 5% пуццолановой добавки и регулятора кристаллизации. Основные свой­ства вяжущего повышенной водос-тойкости из фосфогипса: удельная поверхность 3500-4500 см²/г, нормальная гус-тота — 36-42%, начало схватывания— не ранее 30-40 мин, конец схватывания не позднее 60-80 мин, предел прочности при сжатии через 3 ч — 6-7 МПа, ко-эффициент размягчения не менее 0, 6. Гипсовое вяжущее повышенной водос-тойкости пред­назначено для устройства наливных оснований полов и само­нивели-рующихся стяжек.

К группе водостойких гипсовых вяжущих материалов от­носят гипсоцемент-но-пуццолановое вялсущее ГЦПВ, разрабо­танное В.А. Волженским, которое полу-чают путем смешива­ния полуводного гипса, портландцемента и кислой активной минеральной добавки.

В строительной практике используют ГЦПВ следующего состава, % по мас-се: полуводный гипс 50-75, портландцемент 15-25, пуццолановая добавка (тре-пел, опока, диатомит) с ак­тивностью не менее 200 мг/г — 10-25.

ГЦПВ характеризуется следующими свойствами: тонкость помола (остаток на сите № 02 не более 15% для ГЦПВ марок М100 и М150); сроки схватывания: начало не ранее 4 мин, конец не позднее 20 мин; минимальный предел прочно-сти при сжатии образцов из теста нормальной густоты для М100 и М150 соответст-венно равен 10 и 15 МПа; коэффициент размягчения не менее 0, 65.

Близкими к ГЦПВ свойствами характеризуются гипсо-шлакоцементно-пуц-цолановые (ГШЦП) и гипсоизвестково-шлаковые (ГИШВ) вяжущие. Их применя-ют для изготовле­ния стеновых панелей, санитарных кабин и ванных комнат, венти-ляционных блоков, устройства оснований под пол в жи­лищном строительстве.

Высокообжиговое ангидритовое вялсущее (ангидритовый цемент), предло-женное акад. П.П. Будниковым, состоит пре­имущественно из нерастворимого ан-гидрита. Его изготовля­ют обжигом природного гипса при 600-700° С и последу-ющим помолом обожженного продукта с добавками — активизаторами тверде-ния или из природного ангидрита без обжига пу­тем его совместного помола с теми же добавками. В качестве активизаторов твердения используют вещества, отличаю-щие­ся щелочным характером (известь, обожженный доломит, основные доменные шлаки и др.), а также некоторые соли (сульфат и бисульфат натрия и др.).

Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс), получаемый обжи­гом двуводного гип-са или ангидрита при 800-1000°С, состоит в основном из безводного сернокислого кальция. В нем при­сутствует небольшое количество оксида кальция (3—5%), ко­торый образуется в результате термического разложения час­ти сульфата кальция при обжиге выполняя роль катализа­тора при твердении высокообжигового гипса.

Ангидритовый цемент и эстрих-гипс в отличие от низкооб­жиговых гипсовых вяжущих медленно схватываются и тверде­ют (сроки схватывания в пределах от 0, 5 до 24 ч и более). Пре­дел прочности при сжатии стандартных образцов через 28 су­ток твердения 5-20 МПа и более. Высокообжиговые гипсовые вяжущие ве-щества применяют для устройства бесшовных по­лов и подготовки под линолеум, для приготовления штукатур­ных и кладочных растворов, бетонов, искусственного мрамора.