Физико-химические основы гипсовых вяжущих
Основой для использования гипса в качестве строительного материала и вяжущего является способность дигидрата сульфата кальция к дегидратации и полугидрата и ангидрида к регидратации в дигидрат. При нагревании гипс теряет кристаллизационную воду, образовавшийся сульфат кальция с малым содержанием кристаллизационной воды или не содержащий её вообще снова образует с водой при комнатной температуре первоначальный дигидрат, затвердевший гипс.
1.3.2.1 Фазы в системе CaSO4 - H2O
В системе CaSO4 - H2O существует 5 различных фаз, а именно дигидрат сульфата кальция (далее дигидрат), полугидрат сульфата кальция (далее полугидрат), а также безводные фазы ангидрит I, ангидрит II и ангидрит III. Дигидрат и ангидрит II встречаются в природе или образуются при химических процессах; метастабильные фазы полугидрата и ангидрита III, а также «обожжённый» ангидрит II получаются искусственно, путём дегидратации из дигидрата. Эти фазы имеют большое техническое значение. Ангидрит I является устойчивым только при температурах свыше 1180 0С и не имеет технического значения. Равновесная температура между дигидратом и ангидритом II лежит около 42 0С, ниже её стабилен дигидрат, выше - ангидрит II. Полугидрат встречается в α- и в ß-формах, которые значительно отличаются друг от друга по виду и размерам частиц, а также по энергетическому поведению и поведению в ходе технологических процессов. Ангидрит III имеется в видах α-ангидрит III, ß-ангидрит III и ß-ангидрит III´, которые имеют подобные отличительные свойства и условия изготовления как α- и ß-полугидраты. В таблице 1.28 приведены фазы системы CaSO4 - H2O с соответствующими физическими и химическими данными. Таблица 1.29 содержит значения дегидратационной теплоты, которые имеют значение для технологии [176, 177, 178].
Таблица 1.28-Фазы в системе CaSO4 - H2O и их физико-химические свойства [177]
| Химические формулы фаз | CaSO4 · 2H2O | CaSO4 ·0,5H2O | CaSO4 | CaSO4 |
| Обозначение | дигидрат сульфата кальция | полугидрат сульфата кальция | ангидрит II | ангидрит III |
| Другие обозначения | природный гипс, сырьевой гипс, гипсовый камень, технический гипс, твёрдый гипс | ß-полугидрат, ß-гипс, отделочный гипс, α-полугидрат, α-гипс, твёрдоформен-ный гипс, автоклавный гипс | природный ангидрит, сырьевой ангидрит, ангидритный камень, синтетический ангидрит, обожженный ангидрит | растворимый ангидрит |
| Формы | α-форма ß-форма | А II-т* А II-н * А II-э * | α -А III ß-А III | |
| Кристаллизационная вода, масс. % | 20,92 | 6,21 | ||
| Плотность, г/см3 | 2,31 | α: 2,757 ß: 2,619 | 2,93 - 2,97 | 2,580 |
| Мольная масса, г/моль | 172,17 | 145,15 | 136,14 | 136,14 |
| Кристаллическая система [179] | моноклин-ная | моноклинная | орторомбичес-кая | орторомбическая псевдогексаго- нальная |
| Симметрия [184] | 112/с1 | Bmmb | C222 | |
| Межплоскостное расстояние,нм, и углы [184] a b c d | 0,5679 1,5202 0,6522 118,43 0 | 1,2032 0,6927 1,2671 90,27 0 | 0,6992 0,6999 0,6240 | 1,2077 0,6972 0,6304 |
| Твёрдость по Моосу | - | 3,5 | - | |
| Растворимость в Н2О при 200С, г CaSO4/л | 2,05 | α: 6,7 ß: 8,8 | 2,7 | α: 6,7 ß: 8,8 |
| Стабильность | < 40 0С | метастабиль-ный | 40-1180 0С | метастабильный |
| Температура образования в лаборатории | α: > 450 С в Н2О ß: 45-2000 С в сухом воздухе | 200-11800 С | α: 1000 С в воздухе ß: 500 С в вакууме | |
| Температура образования в технологическом процессе | α: 80-180 0С влажный ß: 120-180 0С сухой | 300-900 0С АII-s:300-500 0С АII-u:500-7000С А II-E: >700 0С | α: 110 0С влажный ß: 290 0С сухой |
* Обожжённый в печи ангидрит в зависимости от зернистости, температуры и времени пребывания обладает составными частями, которые с различной скоростью реагируют с водой. В соответствии с реактивностью этих компонентов с водой их подразделяют на следующие три формы:
А II-т (труднорастворимый ангидрит), время регидратации с водой: ½ часа 3 d, pH-6;
А II-н (нерастворимый ангидрит), время регидратации с водой: 3-7 d, pH-6;
А II-э (эстрих-гипс), время регидратации с водой: >3 d, pH-9
Таблица 1.29-Теплота дегидратации технологически важных фазовых
преобразований в системе CaSO4 · 2H2O
| Фазовое преобразование | Дегидратационная теплота при 25 0С относительно продукта дегидратации | |
| (кДж/моль) | (кДж/т) | |
| CaSO4 · 2H2O à α-CaSO4·1/2H2O + 3/2H2O(г) | 84,6 | |
| CaSO4 · 2H2O à ß-CaSO4·1/2H2O + 3/2H2O(г) | 86,2 | |
| CaSO4 · 2H2O à CaSO4II + 2H2O(г) | 108,6 | |
| CaSO4 · 2H2O à α-CaSO4 III + 2H2O(г) | 117,4 | |
| CaSO4 · 2H2O à ß-CaSO4 III + 2H2O(г) | 121,8 |