Разновидности гипсовых вяжущих материалов

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.