Гипсовые вяжущие. Получение, свойства, применение.
Гипсовыми вяжущими веществами называют материалы, для получения которых используют сырье, содержащее сернокислый кальций. Чаще это природные гипс CaSО4•2H2O и ангидрит CaSO4, реже — некоторые побочные продукты химической промышленности (фосфо-гипс, борогипс).
Гипсовые вяжущие применяют для производства гипсовой сухой штукатурки, перегородочных плит и панелей, архитектурных, звукопоглощающих и других изделий, а также строительных растворовдля внутренних частей зданий.
Свойства гипсовых вяжущих веществ
Свойства низкообжиговых гипсовых вяжущих во многом одинаковы. Главное различие состоит в прочности, что в основном связано с их разной водопотребностью. Для получения теста нормальной густоты гипс ?-модификации требует 50. 70 % воды, а ?-модификации — 30. 45 %, в то время как по уравнению гидратации полугидрата в двугидрат необходимо всего 18,6% воды от массы вяжущего вещества. Вследствие значительного количества химически несвязанной воды затвердевший гипс имеет большую пористость — 30. 50%.
Стандартом на гипсовые вяжущие установлено 12 марок (МПа): Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. При этом минимальный предел прочности при изгибе для каждой марки вяжущего должен соответствовать значению соответственно от 1,2 до 8 МПа.
По тонкости помола, определяемой остатком (в %) при просеивании пробы на сите с отверстиями размером 0,2 мм, гипсовые вяжущие делятся на три группы:
Гипсовые вяжущие относительно быстро схватываются и твердеют. Различают быстротвердеющий (А), нормально твердеющий (Б) и медленно твердеющий (В) гипсы со сроками схватывания соответственно начало — не ранее 2, 6 и 20 мин, конец — не позднее 15, 30 мин (для В — не нормируется).
Особенностью полуводного гипса по сравнению с другими вяжущими является его способность при твердении увеличиваться в объеме (до 1 %). Так как увеличение объема происходит в еще окончательно не схватившейся массе, то она хорошо уплотняется и заполняет форму. Это позволяет широко применять гипс для отливки художественных изделий сложной формы.
Недостатками затвердевших гипсовых вяжущих являются значительные деформации под нагрузкой (ползучесть) и низкая водостойкость. Для повышения водостойкости гипсовых изделий при изготовлении вводят гидрофобные добавки, молотый доменный гранулированный шлак.
Производство гипса (гипсовых вяжущих веществ)
Создавая соответствующие условия дегидратации двуводного гипса, можно получить различные гипсовые вяжущие вещества, которые разделяют на две группы:
□□низкообжиговые — собственно гипсовые,
□□высокообжиговые (ангидритовые) — ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс.
При нагревании двуводного гипса до 180°С двуводный гипс превращается в полуводный: при дальнейшем нагревании до 200°С полностью обезвоживается, превращаясь в безводный растворимый ангидрит CaSО4.
При дальнейшем нагревании до 450. 750°С безводный гипс медленно переходит в нерастворимый ангидрит, не обладающий вяжущими свойствами, но если его размолоть и ввести катализаторы, он приобретает способность медленно схватываться и твердеть.
При нагревании до 800. 1000°С нерастворимый ангидрит частично разлагается на оксид кальция, сернистый газ и кислород. Полученный продукт, размолотый в порошок, вследствие появления небольшого количества оксида кальция (3. 5 %), выполняющего роль катализатора, вновь приобретает свойства схватываться и твердеть.
Термическую обработку природного гипса и помол осуществляют по различным 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).
Для получения гипсовых вяжущих сырье обжигают в печах (вращающихся, шахтных и др.) или в варочных котлах. При обжиге в открытых аппаратах, вода из сырья удаляется в виде пара и гипсовое вяжущее преимущественно состоит из мелких кристаллов ?-модификации CaSО4•0,5Н2О. При обжиге в герметических 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 измельчением, получают гипс, который состоит в основном из ?-модификации CaSО4•0,5Н2О в виде крупных и плотных кристаллов, характеризующихся пониженном водопотребностью но сравнению с ?-полугидратом. Это обусловливает его более плотную структуру и прочность.
Твердение гипсовых вяжущих (гипса)
Твердение гипсовых вяжущих проходит по следующей схеме.
На первом этапе (подготовительном) частицы полуводного гипса, приходя в соприкосновение с водой, начинают растворяться с поверхности до образования насыщенного раствора. Одновременно начинается гидратация полуводного гипса. Этот период характеризуется пластичным состоянием теста.
На втором этапе (коллоидации) наряду с гидратацией растворенного полугидрата 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. Так как двуводный гипс обладает значительно меньшей растворимостью (примерно в 5 раз), чем полуводный, то насыщенный раствор по отношению к исходному полуводному гипсу является пересыщенным по отношению к образующемуся двуводному гипсу и тот, выделяясь из раствора, образует коллоидно-дисперсную массу в виде геля, в которой кристаллики двугидрата связаны слабыми ван-дер-ваальсовыми силами молекулярного сцепления. Этот период характеризуется схватыванием (загустеванием).
На третьем этапе (кристаллизации) образовавшийся неустойчивый гель перекристаллизовывается в более крупные кристаллы, которые срастаются между собой в кристаллические сростки, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности.
Указанные этапы не следуют строго друг за другом, а накладываются один на другой и продолжаются до, тех пор, пока весь полуводный гипс не перейдет в двуводный (через 20. 40 мин после затвердения). К этому времени достигается максимальная прочность системы. Дальнейшее увеличение 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 полном высыхании рост прочности прекращается. Сушка является необходимой операцией в технологии гипсовых изделий, но проводить ее надо осторожно (при температуре не выше 60. 70°С), чтобы не допустить дегидратацию образовавшегося двугидрата сульфата кальция.
Источник
Гипсовые вяжущие вещества: описание,виды,применение,фото,видео
Гипсовые вяжущие — группа воздушных вяжущих веществ, в затвердевшем состоянии состоящих из двуводного сульфата кальция (CaSO4 • 2Н2О), включает в себя собственно гипсовые вяжущие (далее для краткости — гипс) и ангидритовые вяжущие (ангидритовый цемент и эстрихгипс).
Гипс(в строительной практике иногда используют устаревший термин алебастр от гр. alebastros — белый) — быстротвердеющее воздушное вяжущее, состоящее из полуводного сульфата кальция CaSO4 • 0,5Н2О, получаемого низкотемпературной ( 3 , футерованный кирпичной кладкой. Внутри котла находятся четыре жаровые трубы и мешалка в виде вертикального вала с лопастями. Под котлом расположена топка. Топочные газы после обогрева днища поступают в кольцевые газоходы и омывают последовательно нижнюю, среднюю и верхнюю часть стенки котла, а также проходят через жаровые трубы нижнего и верхнего ярусов.
Предварительно измельченный и подсушенный порошок гипсового камня загружают через загрузочный люк в варочный котел, где в течение 1…3 часов двуводный гипс обезвоживается и превращается в полуводный. В процессе варки гипс интенсивно перемешивается и равномерно нагревается, что обеспечивает получение однородного продукта высокого качества. После окончания варки гипс через разгрузочное отверстие в нижней части котла поступает в бункер томления и выдерживается там в течение 20…40 минут. Здесь за счет теплоты выгружаемого материала в нем продолжается дегидратация оставшихся в большом количестве зерен двуводного гипса. Из бункера томления гипс направляется на склад готовой продукции.
Также имеет распространение совместный помол и обжиг гипсового камня в шаровых мельницах. В них гипсовый камень измельчается, мелкие частицы его подхватываются потоком поступающих в мельницу горячих дымовых газов с температурой 600…700°С. Находясь во взвешенном состоянии, частицы гипсового камня обезвоживаются до превращения в полуводный гипс и выносятся дымовыми газами из мельницы в пылеосадительные устройства. Основное преимущество данного способа по сравнению с производством гипса в варочных котлах − более высокая производительность за счет непрерывности процесса производства.
Твердение строительного гипса.
При затворении полуводного гипса водой образуется пластичное тесто, которое быстро загустевает и переходит в камневидное состояние. Процесс твердения полуводного гипса происходит в результате гидратации полуводного гипса, т.е. присоединения к нему воды и перехода его в двуводный гипс:
Процесс твердения можно разделить на три этапа. В первый период, начинающийся с момента смешивания гипса с водой, полуводный гипс растворяется. Одновременно он гидратируется, присоединяя 1,5 молекулы воды и превращаясь в двуводный гипс. Так как двуводный гипс менее растворим, чем полуводный, то образовавшийся вначале насыщенный раствор полуводного гипса становится пересыщенным по отношению к двуводному гипсу и тот выпадает из раствора. Во втором периоде вода взаимодействует с полуводным гипсом с прямым присоединением ее к твердому веществу. Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде мельчайших кристаллических частичек и к образованию коллоидной массы-геля. При этом происходит схватывание массы.
В третьем периоде коллоидные частички двуводного гипса перекристаллизовываются с образованием более крупных кристаллов, которые срастаются между собой с образованием кристаллических сростков, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности. Однако рассмотренные периоды не протекают в строгой последовательности, а налагаются один на другой.
Дальнейшее высыхание твердеющей массы приводит к значительному повышению прочности гипса. Для ускорения твердения применяют искусственную сушку гипсовых изделий при температуре не выше 60…65°С. При более высокой температуре может начаться процесс разложения двуводного гипса, сопровождаемый резким понижением прочности. При твердении гипс увеличивается в объеме до 1%, хорошо заполняя формы при отливке гипсовых изделий.
Свойства гипсовых вяжущих веществ.
Качество строительного гипса устанавливают на основании ГОСТ 125-79* «Вяжущие гипсовые. Технические условия» и данных, полученных в результате определения: тонкости помола, нормальной густоты гипсового теста, сроков схватывания, предела прочности при изгибе и сжатии образцов, изготовленных из гипсового теста нормальной густоты. Испытания проводят в соответствии с ГОСТ 23789-79* «Вяжущие гипсовые. Методы испытаний».
Определение тонкости помола гипса.
Сущность метода заключается в определении массы гипсового вяжущего, оставшегося при просеивании на сите с ячейками размером в свету 0,2 мм. Пробу вяжущего массой 50 г, взвешенную с погрешностью не более 0,1 г и предварительно высушенную в сушильном шкафу в течение 1 ч при температуре (50±5) °С, высыпают на сито и производят просеивание вручную или на механической установке. Просеивание считают законченным, если сквозь сито в течение 1 мин при ручном просеивании проходит не более 0,05 г вяжущего. Тонкость помола отдельной пробы определяют в процентах с погрешностью не более 0,1% как отношение массы, оставшейся на сите, к массе первоначальной пробы. За величину тонкости помола принимают среднее арифметическое результатов двух испытаний. В зависимости от степени помола различают виды вяжущих, приведенные в табл. 1.
Виды гипса в зависимости от степени помола (ГОСТ 125-79)
Источник
Способы получения гипсового вяжущего
Строительным гипсом называют воздушное вяжущее вещество, состоящее преимущественно из полуводного гипса. Его изготавливают путем термической обработки двуводного сульфата кальция при температуре 140-180 °С. Разложение двуводного гипса происходит по следующей реакции:
CaSО4·2H2О ? CaSO4·0,5H2O + 1,5Н2О.
Реакция дегидратации протекает с поглощением теплоты, для получения одного килограмма полуводного гипса из двуводного теоретически необходимо затратить 582 кДж.
Производство строительного гипса в основном состоит из дробления, помола и тепловой обработки (дегидратации). Тепловая обработка гипсового камня может осуществляться в варочных котлах, вращающихся печах и других установках. Наиболее распространенный способ получения строительного гипса — варка в гипсовых котлах (рис. 5).
Гипсовый камень поступает на завод в крупных кусках. Сначала его дробят в щековых, конусных или молотковых дробилках, а затем измельчают в мельницах с одновременным подсушиванием, т. к. помол гипсового камня, в котором содержится влага, затруднителен. Наибольшее распространение получили шаровые мельницы. Измельченный до порошкообразного состояния (до требуемой тонкости помола) гипсовый камень направляется в варочный котел. Процесс дегидратации начинается при более низких температурах. Уже при 60 °С можно заметить удаление кристаллизационной воды в виде пара.
Схема производства строительного гипса с применением варочных котлов приведена на рис. 6.
Продолжительность процесса варки зависит от размеров котла, температуры, степени влажности и частичной дегидратации поступающего в него гипса. Продолжительность варки обычно колеблется от одного до трех часов. Выдержка гипса во время варки в течение 3-4 ч при температуре 140-150 °С способствует уменьшению водопотребности повышению прочности продукта.
Водопотребность значительно снижается при варке его с добавлением поваренной соли. При варке в котле гипс не соприкасается с топочными газами, что позволяет получить чистую однородную продукцию, не загрязненную золой топлива.
Во всех аппаратах, работающих при нормальном давлении и сообщающихся с атмосферой, получают конечный продукт, состоящий преимущественно из мелких кристаллов ?-модификации CaSO4·0,5H2O, который содержит также некоторое количество ангидрида CaSО4 и частицы неразложившегося сырья.
Источник
