Вяжущие вещества на основе сульфатов кальция.

Гипсовые вяжущие вещества

Эти вяжущие наиболее эффективны в технико-экономическом отношении, особенно по удельным затратам сырья, топлива, электроэнергии и труда на единицу продукта. Неограниченны и запасы исходного природного сырья, а также побочных гипсосодержащих материалов, образующихся на предприятиях химической промышленности.

Гипсовыми вяжущими веществами называют порошковидные материалы, состоящие из полуводного гипса и получаемые обычно тепловой обработкой двуводиого гипса в пределах 105—200 °С.

При термообработке двуводиого гипса в паровой среде под давлением в автоклавах или в водных растворах некоторых солей при атмосферном давлении образуется а-полуводный сульфат кальция (гипсовое вяжущее а). При обжиге сырья при .140—180°С получают р-полуводный сульфат кальция (гипсовое вяжущее р). К группе гипсовых относится также вяжущее, получаемое без термообработки тонким измельчением двуводиого гипса с активизаторами твердения.

Ангидритовые вяжущие изготовляют обжигом двуводиого гипса при 600—950 °С. Они почти целиком состоят из ангидрита —безводного сульфата кальция CaS04. Различают низкообжиговое ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент П. П. Будникова), получаемое обжигом двугидрата при 600—750 °С, и высокообжиговое, получаемое обжигом при 800—950 °С, и иногда называемое эстрихгипсом.

Ангидритовое вяжущее можно производить без термообработки тонким измельчением природного ангидрита с добавкой активизаторов твердения.

Гипсовые вяжущие по традиции с некоторой условностью, отвечающей практическим целям, разделяют на: строительный гипс, состоящий из р-модификации полугидрата; формовочный гипс того же состава с повышенными техническими свойствами; технический (высокопрочный) гипс, состоящий из а-полуводного гипса.

Свойства всех разновидностей гипсовых вяжущих, содержащих как а-, так и (3-модификации полугидрата сульфата кальция, а также методы их определения регламентируются ГОСТ 125—79 «Вяжущие гипсовые. Технические условия» и ГОСТ 23789—79 «Вяжущие гипсовые. Методы испытаний».

Для производства гипсовых и ангидритовых вяжущих веществ в качестве сырья применяют природные двуводный гипс, ангидрит, глиногипс, а также отходы промышленности, состоящие в основном из двуводного или безводного (а иногда и полуводного) сернокислого кальция или их смеси (фосфогипс, борогипс, фторогипс и др.).

Природный двуводный гипс — горная порода осадочного происхождения, сложенная в основном из крупных или мелких кристаллов сернокислого кальция CaSO-tX Х2И20.

Плотные образования гипса называют гипсовым камнем. По внешнему виду и строению горной породы различают кристаллический прозрачный гипс, гипсовый шпат, тонковолокнистый гипс с шелковистым отливом (селенит) и зернистый гипс. Наиболее чистую разновидность зернистого гипса, напоминающую по внешнему виду мрамор, иногда называют алебастром.

Гипсовые породы содержат обычно некоторое количество примесей глины, песка, известняка, битуминозных веществ и др. Химический состав гипса некоторых месторождений СССР приведен в табл. 2.

Чистый гипс белого цвета, примеси придают ему различные оттенки: оксиды железа окрашивают его в желтовато-бурые цвета, органические примеси —в серые и т.д. Небольшое количество примесей, равномерно распределенных в гипсе, заметно не ухудшает качество вяжущих. Вредное влияние оказывают крупные включения.

По ГОСТ 4013—82 гипсовый камень для производства гипсовых вяжущих веществ должен содержать не менее 95 % двуводного гипса в сырье 1-го сорта, не менее 90 % в сырье 2-го сорта и не менее 80 и 70 % в сырье 3-и 4-го сортов. В гипсовых породах лучших месторождений обычно содержится до 2—5% примесей, но часто их количество достигает 10—15 % и более.

Средняя плотность гипсового камня зависит от количества и вида примесей и составляет 2,2—2,4 г/см'3,

Насыпная плотность гипсовой щебенки 1200—-1400 кг/м3, влажность колеблется в значительных пределах (3—5 % и более). Содержание воды в различных партиях гипсового камня неодинаково и зависит от его физических свойств, относительной влажности воздуха, времени года и условий хранения.

По запасам природного двуводного гипса СССР занимает одно из первых мест в мире. Крупные его, месторождения есть в центре европейской части страны (Тульская и Горьковская области), на севере (Архангельская обл.), в районах средней и нижней Волги, па Северном Кавказе (Краснодарский край), на Урале (Башкирская АССР, Пермская и Оренбургская области), в Восточной Сибири (Иркутская обл., Красноярский край), в Украинской ССР (Донецкая, Хмельницкая и Львовская области), в Узбекской и Туркменской ССР и др.

Природный ангидрит — горная порода осадочного происхождения, состоящая преимущественно из минерала—безводного сернокислого кальция CaSCV Залежи ангидрита обычно подстилают слой двуводного гипса. Под действием грунтовых вод ангидрит медленно гидра-тируется и переходит в двуводный гипс. Поэтому в природе ангидрит редко состоит из одного безводного сернокислого кальция и обычно содержит до 5—10 % и более двуводного гипса.

Ангидрит — порода более плотная и прочная, чем двуводный гипс. Его истинная плотность достигает 2,9— 3,1 г/см3. Чистый ангидрит белого цвета, и о в зависимости от примесей он, как и гипс, имеет различные оттенки. В природе ангидрит встречается реже чем двуводный гипс. В СССР месторождения ангидрита имеются в Башкирии, в Средней Азии и на Украине.

В качестве исходных материалов для производства гипсовых и ангидритовых вяжущих веществ рационально использование побочных продуктов (отходов) химической промышленности — фосфогипса, борогипса, фторогипса и др.

17.Особености и свойства гипсового вяжущего ɑ-модификации

а-полугидрат образуется при обработке гипса при температуре выше 97—100°С в среде насыщенного пара и в воде или в растворах некоторых солей, т.е. в условиях, при которых вода из гипса выделяется в жидком состоянии. В технике для этой цели применяют тепловую обработку при 107—125 °С и выше.

Полуводный гипс α-модификации получают в результате обработки двуводного сульфата кальция в герметичных аппаратах (автоклавах) при температуре 120…140 ºС и давлении насыщенного водяного пара 0,13…0,3 Мпа или кипячение этого же сырья в растворах некоторых солей (хлоридов, сульфатов, нитратов) при температуре 100…110 ºС и атмосферном давлении. При этом вода выделяется из гипса в капельно-жидком состоянии и образуются крупные, плотные, игольчатые или призматические кристаллы α – CaSO40,5Н2О. Гипсовое вяжущее, состоящее из α – модификации полуводного гипса, медленнее гидратируется, характеризуется меньшей водопотребностью (30-40%), затвердевший гипсовый камень – более высокой прочностью (высокопрочный гипс).

18. Особенности и свойства гипсового вяжущего β-модификации.

Полуводный гипс β-модификации получают при частичной дегидратации сырья при температуре 140…160 ºС в открытых аппаратах, сообщающихся с атмосферой (варочных котлах, сушильных барабанах, шахтных барабанах и др.). в таких условиях вода выделяется из гипса в виде водяных паров, и образуются плохо окристаллизованные, мелкие, пластинчатые или волокнистые кристаллы β – CaSO40,5Н2О. Гипсовое вяжущее, состоящее преимущественно из β-модификации полуводного гипса, характеризуется высокой водопотребностью (50-70%) для получения теста стандартной консистенции, невысокой прочностью и имеет тенденцию к ползучести. В строительной практе.

fi-модификация полуводного гипса получается при обычном нагревании гипса до 100—160 °С в открытых аппаратах, сообщающихся с атмосферой, при удалении из него воды в виде перегретого пара. Истинная плотность а- и р-полугидратов равна соответственно 2,72— 12,75 и 2,62—2,66 г/см3.

Теоретически в полуводных модификациях сульфата кальция содержится 6,2 % гидратной воды, но в кристаллах а-модификации часто остается небольшое Количество (0,1—0,2%) воды (сверх установленного теоретически) в виде твердого раствора. Удаляют ее высушиванием при 50—60°С. Удельная теплоемкость а- и р-полугидратов соответственно 0,8 и 0,84 кДж/(кг-°С); а-полугидрат кристаллизуется в виде хорошо образованных крупных прозрачных игл или призм. Показатели его светопреломления: Ng—1,583 и д/р—1,559. (3-полугидрат состоит из мельчайших агрегатов плохо выраженных кристалликов, величина и форма которых зависят от условий тепловой обработки, макро- и микроструктуры исходного сырья, наличия примесей и т.п. Показатели его светопреломления: Ng = = 1,556 и N„= 1,550. По данным О. Флерке и др., а-и (3-полугидраты не различаются по строению кристаллической решетки. Различие же в скорости пх гидратации и в теплоте растворения объясняется неодинаковой степенью дисперсности кристаллов этих двух модификаций полугидрата.

В процессе затворения а-полугидрата водой благодаря пониженной дисперсности его кристаллов требуемую подвижность теста можно получить при меньшем расходе воды, чем при затворении р-полугидрата, отличающегося тонкокристаллической структурой и повышенной скоростью гидратации. В результате затвердевший гипс из а-полугидрата приобретает повышенную плотность и прочность по сравнению с |3-полугидратом. Прочность же затвердевшего гипса, полученного из а- или р-полу-гидрата при одинаковом водогипсовом отношении, примерно одинакова; а-полугидрат схватывается несколько медленнее р-полугидрата.ике это вяжущее называют строительным гипсом.

Теоретически в полуводных модификациях сульфата кальция содержится 6,2 % гидратной воды, но в кристаллах а-модификации часто остается небольшое Количество (0,1—0,2%) воды (сверх установленного теоретически) в виде твердого раствора. Удаляют ее высушиванием при 50—60°С. Удельная теплоемкость а- и р-полугидратов соответственно 0,8 и 0,84 кДж/(кг-°С); а-полугидрат кристаллизуется в виде хорошо образованных крупных прозрачных игл или призм. Показатели его светопреломления: Ng—1,583 и д/р—1,559. (3-полугидрат состоит из мельчайших агрегатов плохо выраженных кристалликов, величина и форма которых зависят от условий тепловой обработки, макро- и микроструктуры исходного сырья, наличия примесей и т.п. Показатели его светопреломления: Ng = = 1,556 и N„= 1,550. По данным О. Флерке и др., а-и (3-полугидраты не различаются по строению кристаллической решетки. Различие же в скорости пх гидратации и в теплоте растворения объясняется неодинаковой степенью дисперсности кристаллов этих двух модификаций полугидрата.

В процессе затворения а-полугидрата водой благодаря пониженной дисперсности его кристаллов требуемую подвижность теста можно получить при меньшем расходе воды, чем при затворении р-полугидрата, отличающегося тонкокристаллической структурой и повышенной скоростью гидратации. В результате затвердевший гипс из а-полугидрата приобретает повышенную плотность и прочность по сравнению с |3-полугидратом. Прочность же затвердевшего гипса, полученного из а- или р-полу-гидрата при одинаковом водогипсовом отношении, примерно одинакова; а-полугидрат схватывается несколько медленнее р-полугидрата.

Образование а-полугидрата, а также нерастворимого ангидрита из CaS04-2H20 в водной среде объясняется разной растворимостью этих модификаций сульфата кальция при различных температурах. Как показано на 1, полуводный гипс (кривая QF) при температурах ниже 97 °С более растворим по сравнению с двуводным гипсом (кривая Аа) и ангидритом. Поэтому в данной области температур его раствор является метастабильным и из него CaS04 выделяется в виде двугидрата. При температурах выше 97 °С CaSO4-0,5H2O растворим в воде менее, чем CaS04-2H20, что предопределяет стабильность раствора без его перехода в последний.

В области температур от 412 °С и выше наименее растворимым является ангидрит (кривая CD), что обусловливает стабильность его водного раствора и возможность перехода в эту модификацию двуводного и полуводного гипса. Но такой процесс в отсутствие кристаллических затравок практически почти не наблюдается.

р-полугидрат при 170—180 °С, а а-полугндрат при 200—210°С теряют остальную кристаллизационную воду и переходят соответственно в [i- и а-обезвожеиные полугидраты. При этом в отличие от обезвоживания двуводного гипса до полугидрата, сопровождающегося полной перестройкой кристаллической решетки, дегидратация а- и р-полугидратов не вызывает видимых изменений структуры.

Кристаллические решетки а- и р-полугидратов и а-и р-обезвоженных полугидратов соответственно очень сходны между собой, поэтому продукты обезвоживания полугидратов названы обезвоженными полугидратами. Они нестойки н быстро гидратируются на воздухе до обычных полугидратов. Некоторыми учеными их существование оспаривается.

При дальнейшем нагревании а-обезвожеиного полугидрата до 220 °С и выше и р-обезвожегшого полугидрата до 320—360 °С их кристаллические решетки перестраиваются и они переходят соответственно в а-раствори-мый и р-растворимый ангидриты.

Растворимые ангидриты отличаются от полугидратов более высокой водопотребностыо, быстрым схватыванием и пониженной прочностью, поэтому при получении строительного гипса следует избегать нагревания гипса до температур, при которых возможно их образование. В зарубежной литературе они обозначаются соответственно а-АШ и р-АШ.

Некоторые исследователи отрицают существование отдельных модификаций а- и р-растворнмых ангидритов. В частности, О, Флерке полагает, что имеется лишь одна модификация растворимого ангидрита, которую он обозначает как -у-ангидрит. При нагревании в интервале температур 400—800 °С и выше описанные водные и безводные модификации сульфата кальция при полной перестройке кристаллической решетки переходят в нерастворимый ангидрит, который часто называют ангидритом II (АН), а иногда р-ангидритом. При переходе а-растворимого ангидрита в нерастворимый (АН) выделяется теплота в количестве 65,3 Дж/г. Переход {i-pac-творимого ангидрита в нерастворимый сопровождается выделением 97,3 Дж/г.

Как уже отмечалось, нерастворимый ангидрит можно получить нагреванием двугидрата в водной среде при; 42 °С и выше, но лишь при внесении в раствор кристаллов ангидрита. Он кристаллизуется в ромбической системе. Показатели его светопреломления: /Vg= 1,614; Np*=* = 1,57.

Нерастворимый ангидрит трудно растворяется в воде, в смеси с водой медленно и практически не схватывается и не твердеет. Его истинная плотность 2,9— 3,1 г/см3, твердость 2,9—3,5. Растворимость при 20 °С — 2,05 г/л.

При нагревании гипса до 800—1000 °С сернокислый кальций частично разлагается на оксид кальция, сернистый газ и кислород. Получаемый при этом продукт обжига состоит из нерастворимого ангидрита и небольшого количества оксида кальция (2—3 %), под каталитическим воздействием которого он приобретает свойство схватываться и твердеть. Этот продукт называется высокообжиговым гипсом. По мере дальнейшего повышения температуры и времени обжига содержание свободного СаО возрастает. Нагревание нерастворимого ангидрита (АН или р-ангидрита) до 1180°С, а по другим данным до 1205 °С вызывает его переход в ангидрит I (а-ангидрит"), сопровождаемый выделением теплоты. При температуре же около 1495 °С ангидрит плавится и быстро разлагается по реакции 2CaS04->-2CaO+2S02+02.

Твердение гипсовых вяжущих обусловлено экзотермической реакцией гидратации полугидрата с образованием двуводного гипса. Этот процесс по направлению химической реакции обратен процессу получения полуводного гипса из двуводного при температурной обработке.

Механизм твердения полугидрата можно условно разделить на три этапа.

На первом этапе (растворение) при затворении полуводного гипса водой он начинает растворятся с поверхности до образования насыщенного раствора. Этот период характеризуется пластичным состоянием теста.

На втором этапе (коллоидация) наряду с гидратацией растворенного полугидрата и переходом его в двуводный гипс происходит прямое присоединение воды к твердому полуводному гипсу. Так как двуводный гипс обладает значительно меньшей растворимостью (примерно в 5 раз), чем полуводный, то насыщенный раствор по отношению к исходному полуводному гипсу является перенасыщенным по отношению к образующемуся двуводному гипсу, вследствие чего последний выделяется из раствора. В результате образуется коллоидно-дисперсная система в виде геля (студня), в которой кристаллики новообразований связаны слабыми ван-дер-ваальсовыми силами молекулярного сцепления. Этот период характеризуется загустеванием теста (схватыванием).

На третьем этапе (кристаллизация) образовавшийся неустойчивый гель перекристаллизовывается в более крупные кристаллы, которые срастаются между собой в кристаллические сростки, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности. Дополнительному сращиванию кристаллов между собой способствует испарение воды из затвердевшего двуводного гипса. Полное высушивание завершает период формирования кристаллического каркаса и обеспечивает максимальную прочность гипсовым изделиям.

ассматриваемые виды полуводного гипса по своим основным свойствам во многом одинаковы. Главное различие состоит преимущественно в показателях прочности. Все определения свойств гипсовых вяжущих производятся по ГОСТ 23789—79.

Истинная плотность этих разновидностей колеблется в пределах 2,6—2,75 г/см3. Насыпная плотность в рыхлом состоянии обычно составляет 800—1100, в уплотненном—1250—1450 кг/м3.

По ГОСТ 125—79 дисперсность гипсовых вяжущих, зависящая от степени измельчения при помоле и влияющая на водопотребность материала, прочность и некоторые другие свойства, оценивается по остатку на сите с размерами ячеек, в свету 0,2 мм (в % по массе от просеиваемой пробы). При этом различают следующие виды: грубый помол (индекс I), остаток на сите не более 23%; средний помол (индекс II) — 14%; тонкий помол (индекс III) — 2 %.

Гипс с индексом III, а также гипс высшей категории качества должны характеризоваться по удельной поверхности порошка, устанавливаемой на приборе АДП-1 (ПСХ-2) в соответствии с ГОСТ 23789—79.

Водопотребность. Теоретически для гидратации полуводного гипса с образованием двуводного необходимо 18,6 % воды по массе вяжущего вещества. Практически же для получения теста стандартной консистенции по ГОСТ 23789—79 (нормальная густота) для (3-полугидра-та требуется 50—70 % воды, а для а-полугидрата — 35— 45 %• Стандартной консистенции соответствует расплыв массы до диаметра 180±5 мм.

Затвердевший гипс представляет собой твердое тело с высокой пористостью, достигающей 40—60 % и более. Естественно, что с увеличением количества воды затво-рения пористость гипсового изделия возрастает, а прочность уменьшается.

Водопотребность гипса увеличивается с повышением степени его измельчения. Вместе с тем измельчение его до удельной поверхности примерно 2500—3000 смгД даже при некотором увеличении водопотребности смеси приводит к повышению прочности гипсовых отливок, поэтому целесообразно измельчать гипс тоньше, чем это предусмотрено стандартом.

Водопотребность гипса значительно снижается при введении с водой затворения замедлителей схватывания (кератигювого, пзвестково-клеевого, замедлителя В. В. Помазкова, СДБ и ее концентратов, синтетических жирных кислот (СЖК), водорастворимого полимера (ВРП), буры и др.) в количестве до 0,1—0,3% массы вяжущего. С помощью этих веществ удается снизить нормальную густоту строительного гипса на 10—15%, что способствует увеличению прочности гипсовых изделий.

Сроки схватывания гипса зависят от свойств сырья, технологии изготовления, длительности хранения, количества вводимой воды, температуры вяжущего вещества и воды, условий перемешивания, наличия добавок и др. Быстрее всех схватывается полуводный гипс, содержащий некоторое количество частичек неразложившегося двугидрата, являющихся центрами кристаллизации и вызывающих ускоренную гидратацию полуводного гипса. Схватывание гипса значительно ускоряется при за-творении его пониженным количеством воды по сравнению с тем, какое требуется для теста нормальной густоты, и наоборот.

Повышение температуры гипсового теста до 40—, 46 °С способствует ускорению его схватывания, а выше этого предела, наоборот, — замедлению. При температуре гипсовой массы 90—100°С схватывание и твердение прекращаются. Это объясняется тем, что при указанных и более высоких температурах растворимость полуводного гипса в воде становится меньше растворимости двугидрата. В результате прекращается переход полугидрата в двугидрат, а следовательно, и связанное с ним твердение. Схватывание замедляется, если гипс применяют в смеси с заполнителями — песком, шлаком, опилками и т. д.

Быстрое схватывание полуводного гипса является в большинстве случаев положительным его свойством, позволяющим быстро извлекать изделия из форм. Однако в ряде случаев быстрое схватывание нежелательно. Для регулирования сроков схватывания (ускорения и замедления) в гипс при затворении вводят различные добавки.

По механизму действия В. Б. Ратинов разделяет добавки для регулирования сроков схватывания вяжущих веществ, в том числе и гипсовых, на четыре класса.

Первый класс — это добавки, изменяющие растворимость вяжущих и не вступающие с ними в химические реакции. Схватывание гипса ускоряется, если эти добавки, например NaCl, KC1, Na2S04, усиливают растворимость полугидрата в воде, наоборот, оно замедляется, если добавки (аммиак, этиловый спирт и др.) снижают его растворимость. Некоторые добавки, например NaCl, при одних концентрациях в растворе увеличивают растворимость полугидрата и, следовательно, являются ускорителями, а при других, уменьшая растворимость, являются замедлителями.

Второй класс — вещества, реагирующие с вяжущими веществами с образованием труднорастворимых или ма-лодиссоциирующих соединений. Добавки этого класса (для гипса — фосфат натрия, бура, борная кислота и др.) образуют на поверхности полугидрата защитные пленки из труднорастворимых соединений, в результате чего схватывание гипса замедляется.

Третий класс — вещества, являющиеся готовыми центрами кристаллизации. Для гипсовых вяжущих таковыми являются CaS04-2FI20, СаНР04-2Н20 и др. Они ускоряют схватывание.

У добавок первого и третьего классов имеется «порог эффективности», под которым подразумевают концентрацию добавки, дающую максимальный замедляющий или ускоряющий эффект. Обычно этот эффект достигается при введении добавок в воду затворения в количестве до 2—3 %

Четвертый класс — поверхностно-активные добавки. Они адсорбируются частичками полуводного и двуводного гипса и уменьшают скорость образования зародышей кристаллов. Эти добавки (СДБ, известково-клеевой и кератиновый замедлители и др.) известны как пластификаторы и замедлители схватывания гипса. Адсорбируясь частичками полугидрата, они придают тесту повышенную подвижность и снижают количество воды затворения, необходимой для получения смеси требуемой подвижности.

Для регулирования сроков схватывания строительного гипса и других вяжущих применяют иногда комплексные добавки, состоящие из веществ, принадлежащих к разным классам. Они открывают более широкие возможности в регулировании процесса схватывания вяжущих и создания оптимальных условий для формирования изделий. Например, при совместном введении добавок — электролитов (первого класса) и поверхностно-активных соединений (четвертого класса) — на первом этапе твердения проявляется влияние замедлителя. В течение этого, так называемого индукционного периода, гипсовое тесто обладает пластичностью, но не набирает прочности. В дальнейшем наступает быстрое твердение гипса с такой же скоростью, как и в присутствии одного ускорителя первого класса. Это отчетливо видно на кривых твердения гипса с различными добавками ( 6). Чаще всего для ускорения схватывания строительного гипса применяют двуводный гипс, поваренную соль и сульфат натрия, вводя их в количестве от 0,2 до 3 % по массе полугидрата. Для замедления используют кератиновый и известково-клеевой замедлители, а также СДБ в количестве, не превышающем 0,1—0,5 % (в пересчете на сухое вещество) по массе гипса. Следует отметить, что введение добавок (ускорителей или замедлителей схватывания) обычно отрицательно сказывается на конечной прочности гипсовых изделий. Это выявляется, если их получают из смеси с добавками и без них при одинаковом водогипсовом отношении. Однако введение поверхностно-активных веществ в умеренном количестве (до 0,1—0,3 %) способствует обычно увеличению прочности изделий, так как снижение ими активности гипса компенсируется в этом случае приростом прочности вследствие значительного уменьшения водогипсового отношения .при получении смесей одинаковой подвижности.

Прочность. По ГОСТ 125—79 прочность (3- и а-полу-водного гипса определяют испытанием образцов-балочек размером 4X4X16 см из гипсового теста стандартной консистенции (нормальной густоты). Балочки испытывают через 2 ч после изготовления на изгиб, а их половинки — на сжатие,

Прочность гипсовых вяжущих определяют в соответствии с требованиями ГОСТ 23789—79. Для этих вяжущих применяется условное обозначение с учетом их марки по прочности, сроков схватывания и дисперсности, например Г-5АП -— гипс прочностью 5 МПа, быстротвердеющий (А), среднего помола (индекс II).

Вяжущие высшей категории качества должны характеризоваться маркой не ниже Г-5 и максимальным остатком на сите № 02 не более 12 % по массе просеиваемой пробы. Они отмечаются в документах Знаком качества. Гипсовые вяжущие отпускаются потребителям без упаковки или упакованными в мешки в соответствии с ГОСТ 2226—75 (с нзм.).

Для изготовления форм и моделей фарфорово-фаяи-совой, керамической и других отраслей промышленности гипсовые вяжущие выпускаются со сроками схватывания: начало схватывания не ранее 6 мин, конец — не позднее 30 мин (по ГОСТ 23789—79 — индекс Б — нор-мальнотвердеющий). Тонкость помола должна характеризоваться остатком на сите с ячейками размером в свету 0,2 мм не более 1 %. Кроме того, объемное расширение при твердении гипса должно быть не более 0,15 % и водопоглощение не менее 30 %. Вяжущие высшей категории качества для фарфорово-фаянсовой промышленности должны иметь марку не ниже Г-10. Эти вяжущие отпускаются только в мешках.

Свойства изготовленного полуводного гипса при хранении на складах изменяются. В частности, в течение первых двух—четырех недель наблюдаются уменьшение его водопотребиости и повышение прочностных показателей. Это объясняется образованием на поверхности частичек полуводного гипса под действием влаги воздуха пленок двугидрата. Пленки, защищая полугидрат от быстрого взаимодействия с водой, способствуют уменьшению водопотребиости материала и замедлению сроков схватывания. Однако длительное выдерживание гипса на складах приводит к значительной гидратации полугидрата, что вызывает увеличение водопотребиости, сокращение сроков схватывания и резкое падение прочности. Эти процессы «старения» полуводного гипса следует учитывать при хранении его на складах, особенно в периоды, характеризующиеся повышенной влажностью воздуха, а также в районах с влажным климатом.

Прочность затвердевшего гипса в большой мере зависит от того количества воды, которое было взято при его затворении (водогипсовое отношение). По данным А. Г. Панютина, уменьшение водогипсового отношения с 0,7 до 0,4 позволяет увеличить прочность изделий из строительного гипса в 2,5—3 раза.

Прочность полуводного гипса при осевом растяжении в 6—9 раз меньше прочности при сжатии. Изделия из а- и р-полугидрата, изготовленные при одинаковом водо-гипсовом отношении, имеют близкие значения прочности.

Прочность на сжатие затвердевшего гипсового вяжущего и изделий из него в большой степени зависит от их влажности. В частности, даже сорбционное увлажнение до 0,5—1 % сухого гипсового образца, находящегося в воздухе с относительным содержанием паров воды 80— 100 %, снижает его прочность до 60—70 % прочности в высушенном состоянии. Дальнейшее влагонасыщение образна до 10—15 % уменьшает прочность примерно до 50 %, а полное водонасыщение — до 35—40 % прочности в высушенном состоянии. Это относится к образцам, изготовленным с водогипсовым отношением 0,5—0,7. Прочность образцов, более плотных, полученных при пониженных водогипсовых отношениях, при увлажнении снижается несколько меньше. Высушивание гипсовых изделий приводит обычно почти к полному восстановлению первоначальной прочности.

Такое влияние воды на прочность затвердевшего гипса можно объяснить растворением двуводного гипса в местах контакта кристаллических сростков в его структуре, вызывающим уменьшение его прочности.

Зависимость прочности гипса и гипсовых изделий от влагосодержания является их существенным недостатком. Эта зависимость определяется так называемым коэффициентом размягчения. Последний представляет собой отношение показателей прочности водонасыщениых образцов к прочности образцов того же состава и возраста, высушенных до постоянной массы. Коэффициент размягчения колеблется в пределах 0,3—0,45 и зависит от свойств гипса и главным образом от средней плотности изделий. При применении жестких смесей, по данным Г. Д. Копелянского и С. С. Печуро, коэффициент размягчения повышается до 0,45—0,5.

Прочность изделий из полуводного гипса снижается в той или иной мере при введении в них заполнителей. При этом органические заполнители (опилки, костра, торф) вызывают более значительное снижение прочности, чем минеральные.

Деформативность. Полуводный гипс при схватывании и твердении в первоначальный период обладает способностью увеличиваться в объеме приблизительно на 0,5— 1 %• Такое увеличение объема еще не окончательно схватившейся гипсовой массы не имеет вредных последствий. Наоборот, в ряде случаев оно очень ценно (например, при изготовлении архитектурных деталей), так как при этом гипсовые отливки хорошо заполняют формы и точно передают их очертания.

Способность строительного гипса расширяться зависит от содержания в нем растворимого ангидрита. Установлено, что полугидрат расширяется при твердении на 0,5—0,15%, а растворимый ангидрит — на 0,7—0,8%. Поэтому гипс, обожженный при повышенных температурах и содержащий повышенное количество растворимого ангидрита, характеризуется большим расширением при твердении. Для уменьшения расширения в гипс при помоле вводят до 1 % негашеной извести, что снижает коэффициент расширения при твердении с 0,3 до 0,08— 0,1 %. Расширение гипса уменьшается с увеличением содержания в тесте воды, а также при введении в него замедлителей схватывания.

После первоначального расширения, как показывают опыты В. В. Помазкова, гипсовые изделия при последующем высыхании дают усадку в размере около 0,05— ОД % в результате уменьшения влажности с 5—10 до 1—2 %. Такая усадка при изготовлении крупноразмерных изделий сопровождается значительными напряжениями, что может вызвать уменьшение прочности и даже появление трещин. Для уменьшения усадки целесообразно применять гипс в смеси с минеральными заполнителями в виде гипсобетона.

Гипсовые вяжущие а- и |3-модификаций в затвердевшем состоянии, а также изделия из них проявляют большие пластические (остаточные) деформации, особенно при длительном действии изгибающих нагрузок (ползучесть). Эти деформации относительно невелики, если изделие полностью высушено. Однако увлажнение гипса до 0,5—1 %, а особенно до 5>—10 % и более вызывает значительное усиление необратимых пластических деформаций, которые с течением времени могут затухать лишь при небольших нагрузках, составляющих небольшую долго предела призмениой прочности изделия. Особенно резко проявляется ползучесть гипса под действием изгибающих нагрузок. Значительная подверженность затвердевшего гипса к деформациям ползучести в сильной степени ограничивает возможности его применения в конструкциях, работающих на изгиб.

Склонность изделий из полуводного гипса к большим пластическим деформациям под действием нагрузок объясняется скольжением кристаллов двуводного гипса в структуре затвердевшего изделия при его увлажнении, а также растворением двугидрата в местах контакта кристаллических сростков.

Ползучесть гипсовых изделий значительно уменьшается при введении в него портландцемента совместно с пуццолановыми (гидравлическими) добавками.

Долговечность. Изделия из р- и а-полуводиого гипса характеризуются большой долговечностью при службе их в воздушно-сухой среде. При длительном воздействии воды, особенно при низких температурах, когда изделия в водоиасыщенном состоянии систематически то замерзают, то оттаивают, они разрушаются.

Гипсовые изделия выдерживают обычно 15—20 и более циклов замораживания и оттаивания. О значительной долговечности гипсовых изделий при службе их в конструкциях жилых зданий свидетельствуют хорошо сохранившиеся наружные стены домов, построенных 40— 60 лет назад в Горьком, Уфе, Стерлитамаке, Куйбышеве, Свердловске, Гурьеве и других городах.

Водостойкость изделий можно несколько повысить: применением интенсивных способов уплотнения гипсобетонных смесей при формовании; введением в гипс и изделия из него небольшого количества синтетических смол, кремнийорганических соединений и др.; нанесением покровных пленок или пропитыванием изделий растворами синтетических смол, гидрофобными веществами, баритовым молоком и т. п. Наиболее же эффективным оказалось применение смешанных вяжущих, представляющих собой композиции из полуводного гипса, портландцемента или доменных гранулированных шлаков и пуццолановых добавок.

Гипсовые изделия огнестойки. Они прогреваются относительно медленно и разрушаются лишь после 6—8 ч нагрева, т. е. при такой продолжительности пожара, которая маловероятна. Поэтому гипсовые изделия часто рекомендуют в качестве огнезащитных покрытий.

Стальная арматура в гипсовых изделиях в условиях нейтральной среды (рН = 6,5...7,5), особенно при значимой их пористости, подвергается интенсивной коррозии. Коррозия предотвращается при покрытии стали обмазками: цементно-битумной, цемеитно-полистиролыюй и др. Более надежно предварительно подвергать сталь металлизации цинком или алюминием, а затем покрывать указанными обмазками.

Области применения. Гипсовые вяжущие применяют главным образом для производства гипсовой сухой штукатурки, перегородочных плит и панелей, элементов заполнения междуэтажных и чердачных перекрытий зданий, вентиляционных коробов и других деталей, используемых в конструкциях зданий и сооружений при относительной влажности воздуха не более 60%. Из гипса изготовляют разнообразные архитектурные, 'огнезащитные, звукопоглощающие и тому подобные изделия. Из р-гипса выполняют стеновые камни, панели и блоки, используемые при возведении наружных стен малоэтажных домов, а также зданий хозяйственного назначения. При этом необходимо защищать наружные гипсовые конструкции от увлажнения (устройство надежной гидроизоляции на фундаментах под стенами, увеличенных свесов кровли и т. п.).

а-полуводный гипс, изготовляемый по более сложной технологии, чем (3-полугидрат, с повышенными капиталовложениями и затратами энергоресурсов, должен использоваться при изготовлении таких изделий и конструкций, в которых его применение экономически оправдано. В частности, он является хорошим компонентом при изготовлении гнпсоцементно-пуццолановых вяжущих (ГЦПВ) высоких марок, пригодных для производства армированных сталью бетонных изделий и конструкций, не требующих термообработки для ускорения их твердения.