Технология и свойства гипсовых вяжущих веществ

Современное производство строительных материалов

Гипсовые вяжущие вещества характеризуются целым комплексом свойств, которые дают возможность оценить их качество и области применения.

Основными свойствами гипсовых вяжущих являются: цвет, плотность, удельная поверхность, тонкость помола; водопотребность; сроки схватывания теста; механическая прочность, старение и др.

Цвет. Цвет гипсовых вяжущих зависит от химической чистоты гипсового сырья, содержания примесей и способа производства. Гипсовые вяжущие белого цвета получают из чистого сырья, а серого — из сырья с примесями минерального и органического происхождения.

Удельная поверхность. Внешняя удельная поверхность гипсовых вяжущих веществ — это суммарная поверхность всех зерен в единице объема или массы. Полная удельная поверхность — это сумма внешней поверхности и поверхности пор и капилляров. На удельную поверхность влияет размер, форма и микроструктура частиц вяжущего, которые зависят от способа производства вяжущих.

Тонкость помола характеризует степень измельчения гипсового вяжущего и выражается остатком в массовых процентах на стандартном сите №02, либо удельной поверхностью порошка вяжущего в м2/кг (см2/г). Обычно определяют внешнюю удельную поверхность гипсовых вяжущих, под которой понимают суммарную поверхность всех гипсовых кристаллов в единице объема или массы. Удельная поверхность гипсовых вяжущих, применяемых для строительных целей, определяемая методом воздухопроницания, находится в пределах 300.. .500 м2/кг, а высокопрочных — 90… 120 м2/кг. Тонкость помола влияет на водопотребность вяжущих, сроки схватывания и механическую прочность.

Водопотребность. Водопотребность является важнейшим свойством гипсовых вяжущих и характеризует минимальное количество воды, необходимое для получения теста заданной консистенции. Отношение количества воды к массе гипсового вяжущего называется водогипсовым отношением (В/Г).

Водопотребность зависит от многих факторов: состава сырья, способа получения вяжущего и тонкости его помола. Для сопоставления свойств различных гипсовых вяжущих стандартом принята величина нормальной густоты теста.

Нормальная густота (НГ) выражается значением В/Г в % или в долях единицы, которое обеспечивает гипсовому тесту, получаемому при затворении вяжущего водой, стандартную консистенцию, характеризующуюся растекаемостью теста из цилиндра (вискозиметр Суттарда). Диаметр лепешки из теста нормальной густоты должен быть в пределах 180 ±5 мм.

Сроки схватывания определяются временем от момента затворения гипсового вяжущего водой до начала и конца схватывания, определяемые при помощи прибора Вика. Начало схватывания — время (мин) от момента затворения вяжущего водой до момента, когда свободно опущенная игла прибора Вика после погружения в гипсовое тесто не доходит до дна на 1… 1,5 мм. Конец схватывания — время (мин) от момента затворения вяжущего водой до момента, когда свободно опущенная игла погружается в тесто на глубину не более 1 мм.

Сроки схватывания зависят от модификационного состава гипсовых вяжущих. Быстротвердеющие вяжущие в основном содержат двугидрат, медленнотвердеющие — ангидрит. Содержание той или иной модификации в гипсовом вяжущем определяется режимом обжига гипса, регулируя который можно получать вяжущие с требуемыми свойствами по срокам схватывания. Так, например, получение многофазового гипсового вяжущего с преимущественным содержанием ангидрита (такое направление получило распространение в зарубежной практике производства) обеспечивает замедленные сроки схватывания. В большой степени на сроки схватывания влияют тонкость помола вяжущих, водовяжущее отношение, длительность и условия хранения гипсовых вяжущих и другие факторы.

В зависимости от сроков схватывания гипсовые вяжущие делятся на 3 группы: быстротвердеющие, нормальнотвердеющие и медленнотвердеющие.

Старение гипсовых вяжущих веществ — это изменение их свойств (водопотребности, сроков схватывания, прочности) во время хранения. Старение может быть естественным и искусственным.

При естественном старении происходит изменение свойств гипсовых вяжущих при обычных температурах в естественных условиях хранения. Положительная роль естественного старения проявляется до 20…30 суток их хранения. При дальнейшем хранении прочность снижается, увеличивается водопотребность и частичная перекристаллизация мелких частичек двугидрата сульфата кальция в более крупные. По этой причине гипсовое вяжущее необходимо хранить в закрытых емкостях (силосах).

Искусственное старение — изменение свойств гипсовых вяжущих путем ускорения процесса старения до нескольких минут за счет частичной гидратации вяжущего искусственным оводнением. Оводнение осуществляется в закрытых смесителях путем обработки вяжущего насыщенным водяным паром при температуре 100°С и выше. В результате такой обработки вяжущее приобретает пониженную водопотребность и на 20…30% повышенную прочность. Хранить такое вяжущее следует не более 10 сут.

Механическая прочность затвердевшего гипсового вяжущего определяется по результатам испытаний стандартных образцов на изгиб и (или) сжатие после твердения определенное время в соответствующих условиях в зависимости от вида вяжущего.

При стандартных режимах твердения прочность высушенных образцов в 2 и более раз выше прочности образцов через 2 ч после формования. Так прочность образцов из строительного гипса через 2 ч составляет 4.. .6 МПа, а сухих 10…16 МПа, из формовочного гипса соответственно — 6. ..8 и 18…20 МПа, из высокопрочного — 15.. .20 и 35.. .40, супергипса — 22.. .30 и 60.. .70 МПа.

Увеличение плотности за счет снижения водогипсового отношения и интенсивного уплотнения является эффективным мероприятием, способствующим повышению прочности.

Водостойкость гипсовых вяжущих оценивается по коэффициенту размягчения.

Гипсовые вяжущие в зависимости от величины коэффициента размягчения делятся на:

неводостойкие (НВ) — Кр < 0,45;

средней водостойкости (СВ) — 0,45 < Кр < 0,6;

повышенной водостойкости (ПВ) — 0,6 < Кр < 0,8 ;

водостойкие (В) — Кр > 0,8.

Деформативность. Полугидрат сульфата кальция при схватывании и твердении в первоначальный период обладает способностью увеличиваться в объеме примерно на 0,5… 1%. Увеличение объема еще не схватившейся пасты не имеет вредных последствий, а часто является преимуществом при изготовлении различных изделий или ремонтных работах. Расширение за-твердевшего гипсового вяжущего обусловлено наличием в нем растворимого ангидрита, поскольку он при твердении увеличивается на 0,1…0,8%, тогда как полугидрат расширяется лишь на 0,05…0,15%. Гипсовые вяжущие, полученные при более высокой температуре и содержащие повышенное количество растворимого ангидрита, характеризуются большим объемным расширением. Высокопрочное гипсовое вяжущее при твердении обычно имеет расширение около 0,2%.

Затвердевшие воздушные гипсовые вяжущие характеризуются сильно выраженными пластическими деформациями под действием нагрузок (ползучесть). Эти деформации малы, если образцы находятся в сухом состоянии. Но даже незначительное увлажнение вызывает резкое увеличение необратимых деформаций, особенно под действием изгибающих нагрузок. Это ограничивает возможности применения гипсовых неводостойких вяжущих в несущих конструкциях, особенно, изгибаемых.

Огнестойкость. Материалы из гипсовых вяжущих обладают повышенной огнестойкостью. Это обусловлено тем, что при воздействии огня затрачивается значительное количество теплоты на испарение кристаллизационной воды, выделяющейся при дегидратации двугидрата сульфата кальция, и образованием в процессе дегидратации сильно развитой пористой структуры гипса, имеющей высокий коэффициент термического сопротивления.

Гипсовые вяжущие материалы, воздушные вяжущие материалы, получаемые на основе полуводного сульфата кальция либо безводного сульфата кальция (ангидритовые вяжущие). По условиям термической обработки, а также по скорости схватывания и твердения гипсовые вяжущие материалы делятся на 2 …

Материалы, предназначенные для предохранения конструкций и инженерных сооружений от действия воды, называют гидроизоляционными. В зависимости от применяемого вяжущего гидроизоляционные мате-риалы подразделяют на битумные, дегтевые и полимерные. По способу нанесения их …

Комплексные добавки, получаемые при объединении активных минеральных компонентов и органических модификаторов, называют органоминеральными добавками (ОМД). Использование органоминеральных добавок в бетонах произвело революцию в строительном производстве. Бетоны, в состав которых могут …

5. Применение гипсовых вяжущих веществ в строительстве

На основе низкотемпературн. гипс. вяж-х производят:

Панель — это лист из гипсового сердечника с ограждающими его слоями из другого материала, или без них. Гипсокартонный лист (ГКЛ) может быть влагостойким (ГКВЛ) и огнестойким (ГКЛО), различные типы комбинир-ованных панелей. Применяются для облицовки стен и создания внутрикомн. перегородок.

Блок пазогребневый применяются при малоэтажном строительстве, а также при возведении внутренних перегородок.

Лист — тонкий слой затвердевшего гипсового теста с наполнителем и технич. пеной, оклеенный картоном. Картон армирует сердечник, повышает прочность изделия. Пена уменьшает среднюю плотность сердечника до 900 кг/м3. Применяют для обшивки внутренних стен перегородок и потолков.

Сухие смеси

— шпатлевочные смеси

— затирочные смеси

— гипсовый клей/клей для гипсокартонных плит

— самонивелирующиеся смеси для полов.

Высокотемпературные гипсовые вяжужие:

Для штукатурных и кладочных растворов, устройства полов и для изготовления искусственного мрамора.

6. Известь строительная воздушная: сырье, получение, технические свойства, применение в строительстве

Сырье

Осадочные карбонатные известняково-магнезиальные горных породы: известняки и мел, доломитизированные известняки, доломиты. Также отходы сахарного и содового производства, гидратная известь от производства ацетилена.

Получение

Добыча известняка в карьере, подготовка (дробление и сортировка), умеренный обжиг до спекания (t 900-1200), помол комовой извести в молотую негашеную известь, CaCО₃ = CaO + CO₂

Технические свойства

Прочность извести стандартом не нормируется, т.к. она не велика: у пушонки через 28 суток 0,5-1 МПа, у молотой извести 1-6 МПа. Средняя плотность пушонки равна 400-450 кг/м3

Применение в строительстве

Для приготовления строительных растворов, в производстве известково-пуццолановых вяжущих, для изготовления силикатного кирпича и др. изделий, шлакобетонных блоков, в качестве покрасочных составов.

7. Понятие о гашении воздушной извести и твердении известкового теста

При обработке комовой извести водой происходит ее

гашение, в результате чего она распадается в порошок. Этот процесс протекает по реакции:

СаО + Н₂O → Са(ОН)₂,

с выделением 65,5 кДж теплоты на один моль. Для гашения в пушонку требуется теоретически 32,13, практически — 60-80% воды от массы негашеной извести.

Гашение извести производится в гидраторе. Он состоит из семи барабанов диаметром 800 мм с вращающимися на валу лопастями. Измельченная известь загружается в верхний барабан и смачивается водой. Затем подается к следующим барабанам, перемешиваясь при передвиж. лопастями и гидратируясь в виде порошка.

Ручное гашение комовой извести:

Методом опрыскивания или погружением в воду. По первому методу комовую известь насыпают слоями по 20 см на площадку, способную поглощать воду, и поливают водой из шланга с насадкой для разбрызгивания. И так до высоты 1,0-1,5 м. Сверху засыпают песком слоем 10 см. По второму методу куски негашеной извести помещают в проволочные корзины и погружают в воду, где выдерживают до прекращения выделения пузырьков воздуха. Затем известь разравнивают на площадке до высоты 1,0-1,5 м.

Твердение – только в воздушных условиях. Испарение воды вызывает слипание мельчайших частиц Са(ОН)₂ в более крупные и их кристаллизацию. Кристаллы срастаются друг с другом, образую каркас, окружающий частицы песка. Кристаллизация проходит не интенсивно, и кристаллы слабо связаны между собой.

Одновременно происходит карбонизация за счет поглощения углекислоты воздуха:

(ОН)₂ + СО₂ + nН₂O → СaСO₃ + (n+1) Н₂O

Образующаяся корка препятствует проникновению воздуха внутрь известкового раствора.

ХАРАКТЕРИСТИКА ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

ПРОИЗВОДСТВО ГИПСА

Знание основных свойств гипсовых вяжущих позволяет ис­пользовать их наиболее целесообразно. Гипсовые вяжущие ве­щества при производстве их на заводах и при последующем ис­пользовании подвергаются испытанию. Порядок испытания ука­зывается в Государственных стандартах или технических усло­виях.

Важнейшими показателями гипсовых вяжущих веществ (рав­но, как и других вяжущих) являются: тонкость помола и нор­мальная густота затворения. Гипсовое тесто, полученное путем затворения этих вяжущих при нормальной густоте, обладает определенными сроками схватывания, прочностью, расширени­ем при затвердении.

Эти показатели регламентируются стандартами и техниче­скими условиями на гипсовые вяжущие. Но так как гипсовые вяжущие применяются в виде отливок из чистого гипсового тес­та, а также входят в состав различных бетонов, необходимо иметь представление и о других показателях, которыми харак­теризуются эти гипсовые отливки, растворы и бетоны, и сущест­вующей зависимости между этими показателями и свойствами вяжущего. Только зная это, можно управлять технологическим процессом производства гипса и изделий из него.

Тонкость помола. Тонкость помола гипса характеризуется соотношением в нем частиц различных размеров. Тонкость по­мола определяют, просеивая отобранные образцы через сито с определенным размером отверстий. Чем тоньше помол гипса, тем меньше окажется остаток на одном и том же сите. Вес это­го остатка, отнесенный к весу всей пробы (в процентах), и бу­дет характеризовать тонкость помола гипса.

Чаще всего для просева гипсовых вяжущих применяются си­та с металлическими сетками № 02 и № 0085. Номер сетки озна­чает размер стороны ячейки (в свету) в миллиметрах. У перво­го сита ячейки имеют размер 0,2×0,2 мм, у второго сита — 0,085X0,085 мм. На 1 см2 сетки № 02 имеется приблизительно 900 отверстий, на сетке № 0085—4900 отверстий.

Для анализа берется вяжущего 50 г, которое для облегче­ния просеивания предварительно высушивается в сушильном шкафу при температуре 105°. Просеивание считается закончен­ным, если в течение одной минуты сквозь сито проходит менее 0,1 г гипса.

В последнее время тонкость помола (дисперсность) вяжущих материалов часто определяют не величиной остатка на том или ином сите, а суммарной поверхностью частиц, находящихся в 1 г вяжущего. Для измерения удельной поверхности (т. е. поверх­ности I г порошка) предложено несколько приборов. Наиболее распространенным из них является поверхностемер (ПСХ-2), сконструированный во Всесоюзном научно-исследовательском институте новых строительных ‘материалов АСиА СССР. Хо­рошо измельченный полугидрат характеризуется удельной по­верхностью 3000—6000 см2/г, а в некоторых случаях — до 12 000 см2/г и выше.

Нормальная густота затворения. Под нормальной густотой принято понимать такую консистенцию гипсовой массы после затворения, при которой она, вытекая из металлического ци­линдра (вискозиметра Суттарда), имеющего диаметр 5 см и высоту 10 см, образует на стекле лепешку диаметром 120 мм.

Количество воды, расходуемое на получение теста нормаль­ной густоты, выраженное в процентах от веса гипсового порош­ка, называется нормальным водогипсовым факто­ром или отношением.

Нормальное водогипсовое отношение (часто называемое нор­мальной густотой) у различных гипсовых вяжущих различно. Оно зависит от. состава сырья, способа получения вяжущего, тонкости помола, температуры гипса и воды в момент затворе­ния, от применяемых добавок.

Для получения теста нормальной густоты из строительного и формовочного гипса нужно от 50 до 80% воды, для высоко­прочного гипса от 35 до 45%. Численное значение нормальной густоты является важнейшей характеристикой всякого вяжуще­го, в том числе гипсового. Именно от соотношения гипса и воды зависит прочность отливок, пористость, водостойкость и многие другие свойства. Чтобы получить более прочные отливки, рас­творы или бетоны, искусственно снижают нормальную густоту гипса, применяют пластификаторы (вещества, разжижающие гипсовую массу). В качестве пластификаторов используютсуль — 8* • 115 фитно-спиртовую барду и ее. концентраты, вводимые в воду за — творения в количестве от 0,25 до 1,0% и др.

Пластификаторами иногда удается снизить величину нор­мальной густоты строительного гипса на 10—15%. Однако бо­лее рационально снижать нормальную густоту, применяя такую технологию производства гипса, которая сама по себе обеспечи­вает получение вяжущего, характеризующегося пониженной во — допотребностью.

Нормальную густоту гипсового геста определяют при помо­щи цилиндрического вискозиметра (густотомера). Он состоит из хорошо отполированного медного или латунного цилиндра вы­сотой 10 см, с внутренним диаметром 5 см, стекла размером 20X20 см и листа бумаги 20X20 см с нанесенными на нем кон­центрическими окружностями диаметром от 6 до 20 см. Бумагу либо наклеивают на стекло, либо подкладывают под него во время испытаний. Стекло помещают на столе строго горизон­тально.

Перед Испытанием цилиндр и стекло очищают от гипса и смачивают водой, цилиндр ставят в центре концентрических ок­ружностей.

Для определения нормальной густоты теста готовят смесь гипсового вяжущего с водой. Для этого 300 г полугидрата всы­пают в чашку с водой и быстро размешивают в течение 0,5 мин., пока не получится однородная масса, которую оставляют на 1 мин. в спокойном состоянии. Затем, сделав два резких переме­шивания, быстро выливают массу в цилиндр, поставленный на стекло, и ножом сравнивают поверхность гипса с краями ци­линдра; на все это затрачивается не более 30 сек. После этого резким движением поднимают цилиндр снизу вверх; при этом тесто разливается «а стекле в конусообразную лепешку, вели­чина которой характеризует консистенцию теста.

Сроки схватывания гипса. Полугидрат, в сравнении со всеми остальными вяжущими веществами, характеризуется наиболее короткими сроками схватывания и твердения, т. е. наибольшей быстротой образования первичного каркаса и перехода из полу­гидрата в двугидрат. Благодаря этому ценному свойству гипса при изготовлении из него деталей на конвейере или в формах можно работать на больших скоростях или обходиться с малым количеством форм.

Однако в некоторых случаях требуется замедление процес­сов твердения полугидрата.

Сроки схватывания и твердения гипсовых вяжущих зависят от качества сырья, условий обжига или варки, длительности хра­нения вяжущего перед употреблением его в дело, температуры вяжущего и воды в момент затворения, их соотношения, про­должительности перемешивания массы, применяемых добавок и т. п.

Наиболее частой причиной коротких сроков схватывания гип* са (конец схватывания 4—6 мин.) служат оставшиеся после об­жига частицы двугидрата. Последние служат центрами кри — сталлизации, т. е. равномерно распределенными в объеме вяжущего очагами, вокруг которых с большой скоростью про­исходит кристаллизация вновь образующихся частиц гипса.

Вторая причина уменьшения сроков схватывания — это уменьшение количества воды, взятой для затворения. Увеличение количества воды, наоборот, вызывает удлинение сроков схваты­вания и твердения.

Повышение температуры гипсовой массы до 40—45° также ускоряет процесс схватывания и твердения, дальнейшее же по­вышение температуры вновь вызывает замедление схватывания. Продолжительное перемешивание гипсовой массы приводит к более быстрому схватыванию, чем кратковременное.

Кроме того, существуют специальные добавки, называемые замедлителями или ускорителями схватывания, которые вводят в вяжущие или воду.

Ускорители схватывания гипсовых вяжущих. В качестве ускорителя схватывания чаще всего применяется измельченный гипсовый камень. Его действие основано на том, что процесс схватывания и твердения гипса при наличии в растворе «заро­дышей» будущих кристаллов ускоряется. Частицы порошка дву­водного гипса как раз и представляют собой такие зародыши.

Еще более эффективно ускоряет схватывание тонко измель­ченный гипс, полученный после схватывания и твердения полу­водного сернокислого кальция, так называемый «вторичный гипс», например, бракованные или разбитые изделия.

Этот вторичный гипс в 2—3 раза активнее молотого природ­ного гипсового камня, и действие его проявляется наиболее пол­но, когда он хорошо высушен, достаточно тонко измельчен (остаток на сите 900 отв/см2 не более 10—15%) и тщательно пе­ремешан с порошком вяжущего.

Кроме гипса, ускорителями схватывания служат вещества, повышающие растворимость полугидрата в воде. Это некоторые соли, — например поваренная, хлористый калий и др.

Хорошими ускорителями являются такие электролиты, как сульфат натрия и др.

Если гипс и поваренную соль или сульфат натрия вводить одновременно, то вызываемое ими действие будет более силь­ным, чем при раздельном введении этих добавок в таких же ко­личествах.

Обычно в гипс добавляют ускорители от 0,2 до 3,0% от веса гипса. Это зависит от активности ускорителя и сроков схваты­вания гипсовых вяжущих. Все ускорители следует вводить в гипсовую массу в строго установленной дозе, так как избыток их снижает механическую прочность гипса.

Замедлители схватывания гипса. При работе с быстросхва — тывающимися гипсовыми вяжущими, получаемыми, в частности, в обжиговых установках, приходится применять замедлители схватывания.

Замедлителями схватывания служат вещества, понижающие растворимость полугидрата или обволакивающие его частицы тонкой пленкой, затрудняющей доступ к ним воды.

Чаще всего применяют жидкий и порошкообразный керати — ■новый замедлитель, замедлитель «БС», растворы малярного или столярного клея в воде, клееизвестковый замедлитель, а также сульфитно-спиртовую барду, ее концентраты и др.

Для получения кератинового замедлителя используют несор­товые рога и копыта крупного скота. Их заливают 10-процент — ным раствором каустической соды, количество которой (в пере­счете на сухое вещество) должно составлять 20—25% от обще­го веса рогов и соды. Через 2—3 суток размягченное роговое ве­щество вместе с раствором соды помещают в котел с паровой рубашкой и варят при температуре 100° в продолжение 16 час. После этого, процеживая жидкость через сито с 400 отв/см2, отделяют нерастворившиеся частицы и посторонние примеси. В таком виде замедлитель готов к употреблению.

Для получения порошкообразного замедлителя в жидкий за­медлитель добавляют молотую известь-кипелку и тщательно пе­ремешивают смесь до получения однородного теста. Выдержав тесто в течение суток, его высушивают при температуре 100°, растирают и просеивают через сито с ячейками размером 1 мм.

Жидкого замедлителя добавляют (в пересчете на сухое ве­щество) не более 0,1%, а сухого — не более 0,3% от веса гипса.

Замедлитель схватывания гипса «БС» (предложенный Бу­лычевым и Синявиньш) получают, обрабатывая щелочами «е только рога и копыта, но также и различные клеи, шерсть жи­вотных, полынь, стебли подсолнечника и кукурузы, сосновую хвою, сено, торф и т. п. При изготовлении сухого замедлителя в качестве наполнителей используют, кроме извести-кипелки, молотые топливные или доменные гранулированные шлаки, из­вестняк, кирпичный бой и другие материалы.

Клееизвестковый замедлитель изготовляют следующим обра­зом: одну весовую часть клея заливают пятью частями воды и выдерживают в течение 15—16 час,, после чего добавляют одну весовую часть известкового теста и кипятят 5—6 час., постоянно перемешивая и добавляя воду вместо испаряющейся.

Клееизвестковый замедлитель может храниться, не загнивая, в течение 3—5 дней. Он является более активным замедлителем, чем необработанный клей[1].

Сроки схватывания гипсовых вяжущих определяют на при­боре Вика, показанном на рис. 92.

Он состоит из металлического стержня 1, свободно переме­щающегося в вертикальном направлении в обойме станины 2.

Для закрепления стержня на требуемой высоте служит за­жимной винт 3. Перемещение стержня отсчитывают по прикреп­ленному к нему указателю 4 и по шкале 5, прикрепленной к ста­нине и градуированной в миллиметрах. В нижнюю часть стерж-

Рис. 92. Игла Вика: 1 — стержень, 2 — станина, 3 — зажимной винт, 4 ~ указы­вающая стрелка. 5 — шкала, 6 — игла, 7 — кольцо

«я вставляется стальная игла 6 длиной 45 мм и диаметром 1,13 мм. Вес стержня вместе с иглой равен 120 г.

Кроме того, прибор снабжен эбонитовым или металлическим кольцом 7 конической формы, которое заполняется испытывае­мой гипсовой массой. Высота кольца 40 мм. Верхний диаметр (внутри) 65 мм, а нижний 75 мм.

При пользовании прибором кольцо изнутри протирают мас­ляной тряпкой и устанавливают на стеклянную пластинку, так­же смазанную маслом.

Сроки схватывания гипса определяют при нормальном водо­гипсовом отношении. Отмеренное количество воды вливают в чашку, затем медленно, в течение 30 сек., всыпают в нее 200 г полугидрата и в течение 30 сек. перемешивают лопаточкой. Пос-

ле этого массу вливают в кольцо прибора и избыток ее срезают ножом.

Поместив кольцо под иглу, освобождают винт, зажимающий стержень, и, доведя иглу до поверхности теста, дают возмож­ность игле свободно погружаться в массу. Через каждые пол­минуты иглу погружают в новое место, предварительно удалив с нее сырой тряпочкой гипс.

В начале опыта рекомендуется придерживать иглу, чтобы она не ударялась о стекло. Отмечают два состояния массы: пер­вое, когда игла немного не доходит до дна, и второе, когда игла опускается в тесто не более чем на 0,5 мм.

Первый момент характеризует начало схватывания, а вто­рой — конец. Время отсчитывают по секундомеру или с помощью песочных часов.

Механическая прочность. Важнейшим показателем гипсовых вяжущих веществ является прочность изготовленных из них образцов. Согласно стандарту прочность строительного гипса определяется на кубах размером 7,1X7,1X7,1 см, приготовлен­ных из гипсового теста нормальной густоты. По новому стандар­ту образцы раздавливают на прессе через 1,5 часа от начала их изготовления. Этого времени достаточно, чтобы закончились процессы перехода полуводного сернокислого кальция в двувод­ный.

Хранение образцов свыше 1,5 час. без высушивания не при­водит к росту прочности. Гипс первого сорта в полуторачасовом возрасте должен характеризоваться пределом прочности при сжатии не ниже 45 кг/см2, а гипс второго сорта — не ниже 35 кг! см2.

Прочность высушенных образцов обычно в 2,0-f — 2,4 раза вы­ше прочности влажных образцов полуторачасового возраста. Следовательно, если прочность гипса на сжатие в полуторача­совом возрасте 50 кг/см2, то прочность высушенных образцов будет приблизительно равна 110—120 кг/см2. Наличие опреде­ленной зависимости между прочностью влажных и сухих образ­цов позволило упростить испытание, сведя его к испытанию по­луторачасовых образцов.

Лучшие сорта формовочного гипса характеризуются преде­лом прочности на сжатие (в сухом состоянии) 160—180 кг/см2, а модельного высокопрочного гипса — 300 кг/см2 и выше.

Предел прочности гипса на растяжение обычно в 6—9 раз меньше прочности на сжатие.

Прочность гипса зависит от очень многих факторов, из кото­рых важнейшими являются качество сырья и способ получения вяжущего.

Наиболее прочен гипс, полученный из сырья, содержащего минимальное количество примесей (2-—3%). Большой проч — 4 ностью обладает вяжущее, полученное из сырья с мелкой кри — 120

сталлической структурой. Из крупнокристаллического сырья по­лучается обычно гипс меньшей прочности.

Иногда полугидрат из гипсового сырья, богатого примесями, также обеспечивает высокую прочность изделий. Это объясняет­ся тем, что инертные примеси снижают нормальную густоту за — творения полугидрата. Однако повышенная прочность изделий из такого вяжущего связана с перерасходом материала и утя­желением изделий, что нежелательно.

Расширение при затвердении. Гипсовые вяжущие вещества при твердении увеличиваются в объеме.

Для определения величины расширения гипсового теста его наливают в разборный цилиндр вровень с краями и покрывают легкой металлической пластинкой, к которой подводят укреплен­ный на штативе специальный индикатор. Расширяющееся тесто приподнимает пластинку, которая давит на шток и стрелку ин­дикатора. По шкале индикатора определяют линейное расшире­ние гипса в миллиметрах, а отношение этой величины к высоте цилиндра называют расширением и выражают в процентах.

Установлено, что полугидрат расширяется на 0,05—0,15%, а растворимый ангидрит — на 0,7—0,8%. Продукты обжига, со­держащие полугидрат и растворимый ангидрит, расширяются от 0,3 до 0,6%. Чем меньше в составе гипса растворимого ангидри— та, тем быстрее заканчивается процесс расширения. Образцы, содержащие один полугидрат, после окончания его гидратации (твердения) не ‘меняются в объеме. Образцы, содержащие рас­творимый ангидрит, продолжают увеличиваться в объеме после схватывания иногда на протяжении 24 час.

П

Разновидности гипсовых вяжущих материалов — Мегаобучалка

К гипсовым вяжущим относят гипс строительный, гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, высокообжиговый гипс.

Сырьем для получения гипсовых вяжущих служат двуводный сернокислый кальций (гипсовый камень) CaSO42Н20, некоторые промышленные отходы соответствующего состава, а также гипсовые породы, содержащие глину, лесс (например, гажа на Кавказе, ганч в Средней Азии и др.).

Двуводный сернокислый кальций обладает способностью при нагревании терять конституционную воду (дегидратироваться), меняя свои свойства. При дегидратации гипсовый камень теряет 1,5 молекулы воды и превращается в полуводный гипс.

В пределах температур 97-170° С двуводный сернокислый кальций теряет большую часть конституционной воды, превращаясь в полуводный быстросхватывающийся гипс, называемый строительным гипсом. Разновидность строительного гипса, отличающегося более тонким помолом и чистотой, называется формовочным гипсом. При дальнейшем нагревании до температуры 200° С полуводный гипс переходит в растворимый ангидрид, еще обладающий свойством схватываться. При температуре 400-500° С гипс теряет воду, переходя в нерастворимый ангидрид. Однако ангидрид со специальными добавками образует вяжущее — ангидритовый цемент (цемент академика П. П. Будникова). Дальнейшее повышение температуры (выше 800° С) приводит к образованию гипсового вяжущего, обладающего после затвердения повышенной водостойкостью.

Гипс строительный представляет собой белый порошок полуводного гипса, полученный в результате размола гипсового двуводного камня, термически обработанного до температуры 170° С.

Начало схватывания гипса должно наступать не ранее 4, коней схватывания — не ранее 6 и не позднее 30 мин после начала затворения.

Гипс строительный изготовляют в основном по таким технологическим схемам:

—дробление гипсового камня, помол и дегидратация;

—дробление камня, дегидратация, затем помол;

—дробление камня, обработка паром под давлением, сушка и помол.

Дегидратацию гипса осуществляют в шахтных (термическая обработка в кусках) или вращающихся печах (термическая обработка дробленого гипса), в мельницах с одновременным помолом и обезвоживанием гипса во взвешенном состоянии, в варочных котлах (термическая обработка молотого гипса) и автоклавах (обработка паром).

Нарастание прочности гипса происходит вследствие процесса сращивания кристаллов двуводного гипса. Происходящее при высыхании гипсового изделия выпадение гипса, находящегося в растворе, способствует сращиванию игольчатых кристаллов дву-гидрата.

Гипсовые изделия в сырых местах теряют до 60% прочности. Поэтому обычный гипс можно применять только для деталей, находящихся в сухих местах. Слабая водоустойчивость объясняется большой пористостью гипсовых изделий и растворимостью в воде. Чтобы повысить водоустойчивость изделий из гипса, нужно уплотнять их, пропитывать веществами, понижающими водопоглощение, наносить на изделия водозащитный слой (например, кремнийорга-нические вещества), добавлять к гипсу известь-кипелку, шлаковую и каменную муку, золу, молотые котельные шлаки или цемянку.

Повысить водостойкость гипсовых изделий можно также пропиткой их квасцами, бурой, растительными маслами, вводом в гипсовое тесто битумно-парафиновой эмульсии, покрытием поверхности изделий расплавленным стеарином или раствором озокерита (или воска) в растворителях, обработкой кремнийорганическими веществами и др.

При затворении водой гипс на воздухе быстро схватывается и твердеет, увеличиваясь в объеме. Это свойство (линейное расширение до 1%) особенно ценно для изготовления из гипса архитектурных деталей литьем, а также для заделки щелей, обмазки крючьев, костылей и пр.

Прочность изделий из гипса и скорость схватывания его зависят в основном от количества воды, взятой для его затворения, а также от способа производства. Иногда сроки схватывания гипса слишком коротки, что не всегда желательно. Удлинить сроки схватывания гипсового теста можно добавкой различных веществ к воде затворения. Такие добавки называются замедлителями. По характеру воздействия на гипс замедлители можно разделить на три группы:

—высокомолекулярные органические соединения, действующие в качестве защитных коллоидов,- клей животный, казеин, желатин, меласса, продукты расщепления белковых веществ, продукты гидролиза животных отходов, танин и др.;

—вещества, уменьшающие растворимость гипса,- глицерин, спирт, ацетон, кислоты (лимонная, уксусная, борная, молочная) и их соли;

—вещества, влияющие на структуру гипса,- ацетат кальция, углекислый кальций, углекислый магний.

Ускорителями схватывания гипса являются сульфаты (кроме сульфата железа), кислоты (серная, соляная и азотная), жидкое стекло, соли винной кислоты и др.

Гипс строительный применяют для изготовления индустриальных изделий — прокатных перегородок, листов сухой штукатурки, плит, а также для штукатурных растворов, для изготовления различных строительных изделий, форм, для лепки архитектурных деталей и т. д.

Кроме обычного строительного гипса, встречается гипс, обладающий повышенной прочностью, именуемый высокопрочным, или техническим. Получают его обработкой двуводного гипса в автоклавах.

Гипс низкообжиговый — получают тепловой обработкой природного гипса при низких температурах — 110-180°С. подразделяется на строительный, высокопрочный и формовочный гипс.

Высокопрочный гипс ГП, изготовляемый (по методу И. А. Передерия) обработкой дробленого гипсового камня паром в закрытых котлах при давлении 1,3 ат. Его высушивают и размалывают в порошок. Вследствие особой структуры полученного гипса для его затворения требуется меньшее количество воды (40-50 вместо 60%)- Изделия из такого гипса обладают повышенной прочностью.

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее. В последнее время применяют вяжущее, обладающее повышенной водостойкостью (коэффициент размягчения 0,7-0,8), изготовляемое из смеси строительного гипса, портландцемента и гидравлической добавки, полученное в результате исследований А. В. Волженского. Примерный состав его: 40-60% полуводного гипса, 20-25% портландцемента, 10-25% (по весу) активной добавки. Такое вяжущее носит название гипсоцементно-пуццолановое и имеет предел прочности при сжатии образцов, высушенных до постоянного веса.

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее применяют для изготовления стеновых панелей, растворов для кладки и др. Его получают при совместной варке гипсового порошка и портландцемента с активной минеральной добавкой или пуццолановым портландцементом. Этот способ «горячего» получения гипсоиементно-пуццо-ланового вяжущего предложен ВНИИЖелезобстона. Продолжительность варки гипса с добавками зависит от количества, активности и времени ввода активных минеральных добавок.

Применение горячего способа имеет ряд преимуществ перед обычным методом смешения компонентов гипсоцементно-пуццола-нового вяжущего.

При производстве гипсоцементно-пуццоланового вяжущего непосредственно в варочном котле, благодаря ускоряющему действию активных минеральных добавок на процесс дегидратации двугид-рата, производственный цикл сокращается на 5-10%.

На качество получаемого горячим способом гипсоцементно-пуццоланового вяжущего оказывает влияние как температура гипсового порошка при загрузке добавок (портландцемент + активная минеральная добавка или пуццолановый портландцемент), так и температура выгрузки готового продукта.

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее, изготовленное горячим способом, обладает большей прочностью по сравнению с вяжущим, приготовленным простым смешиванием компонентов.

Гипс высокообжиговый — это вяжущее вещество, получаемое из природного гипсового камня при обжиге его до температуры 800-950° С с последующим помолом. Высокообжиговый гипс твердеет на воздухе, после затвердения обладает повышенной водостойкостью, поэтому его иногда называют гидравлическим.

Характерной особенностью высокообжигового гипса является его медленное схватывание — через 5-8 ч; конец схватывания наступает через 8-12 ч. Предел прочности при сжатии образцов из высокообжигового гипса через месяц после затворения достигает (250-340)*105 н/м2. Высокообжиговый гипс применяют в основном для полов. Полы из такого гипса теплые, бесшумные, хорошо поддаются окраске.

Фосфогипс является попутным продуктом переработки апатитов либо фосфоритов на фосфорную кислоту или на концентрированные фосфорные удобрения. В нем содержится двувод-ный гипс и примеси, в которых имеются соединения фосфора (1,5-2%).

Во ВНИИСТРОМе создана установка по переработке отходов химической промышленности на гипсовые вяжущие. Существо разработанного способа заключается в непрерывной гидротермальной обработке сырья в жидкой среде с добавкой поверхностно-активных веществ. Процесс осуществляется в системе автоклавов с непрерывным перемещением материалов из одной зоны обработки в другую.

Дегидратация гипса в жидкой среде в присутствии эффективных добавок обеспечивает высокую производительность установки (продолжительность технологического цикла 1,5-2 ч). Возможность ее комплексной автоматизации создает условия для направленной кристаллизации полуводного гипса с получением вяжущего низкой водопотребности.