Свойств гипсовых вяжущих веществ

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

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.

В зависимости от способа производства получают вяжущее сероватого цвета или высокой степени белизны. Сероватый цвет обусловлен примесями углерода, содержащимися в дымовых газах, непосредственно контактирующих с гипсом при обжиге, высокая степень белизны получается при обработке гипса в паровлажностной среде.

Плотность определяют по ГОСТ 6427. Значения истинной, насыпной в уплотненном и насыпной в рыхлом состоянии плотности гипсовых вяжущих составляют соответственно 2,6–2,75 г/см³, 1200–1450 и 800–1100 кг/м³.

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. Внешняя удельная поверхность гипсовых вяжущих, применяемых для строительных целей, находится в пределах 0,3–0,5 м²/г, а высокопрочных - 0,09–0,12 м²/г.

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. Согласно ГОСТ 125 гипсовые вяжущие по сте­пени помола подразделяются на вяжущие грубого (индекс 1), среднего (ин­декс 2) и тонкого (индекс 3) помола.

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 процентах или в долях единицы, которое обеспечивает гипсовому тесту, получаемому при затво-рении вяжущего водой, стандартную консистенцию, характеризующуюся растекаемостью теста из цилиндра (вискозиметр Суттарда). Диаметр ле­пешки из теста нормальной густоты должен быть в пределах 180 ± 5 мм.

Теоретически для гидратации полугидрата сульфата кальция необходимо 18,62 % воды от массы вяжущего. Практически для получения теста нормальной густоты из β-полугидрата сульфата кальция требуется 50–70 %, для α-полугидрата сульфата кальция – 30–40%, для ангидрито­вых вяжущих – 30–35 %. Водостойкие гипсовые вяжущие в зависимости от состава и технологии получения могут иметь нормальную густоту от 30 до 65 %. Вода, остающаяся в гипсовом камне после гидратации испаряется, образуя в нем поры и капилляры, отрицательно влияющие на физико-технические свойства вяжущих.

Сроки схватывания определяются временем от момента затворения гипсового вяжущего водой до начала и конца схватывания, определяемые с помощью 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. Наиболее эффективным способом регулирования сроков схватывания гип­совых вяжущих является применение соответствующих добавок (см. прил.).

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. В первые 20–30 сут хранения изменения свойств практически не происходит. 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.

При стандартных режимах твердения прочность высушенных образцов становится 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.

Механическая прочность затвердевшего гипсового камня зависит от его плотности. По Б.Г.Скрамтаеву прочность пропорциональна четвертой степени его плотности. Я.И. Вихтером предложена зависимость между прочностью на сжатие R_сж и средней плотностью ρ_ср гипсового камня в сухом состоянии:

R_сж = К·ρ_ср,

где К - коэффициент, численно равный прочности гипса при средней плотности, равной 1; ρ_ср - средняя плотность затвердевшего гипса, г/см³.

Чем выше коэффициент К, тем более эффективно применение гипсо­вого вяжущего при изготовлении изделий. Увеличение плотности за счет снижения водогипсового отношения и интенсивного уплотнения является эффективным мероприятием, способст­вующим повышению прочности.

Водостойкость гипсовых вяжущих оценивается по коэффициенту размягчения К_р. Гипсовые вяжущие в зависимости от величины коэффициента размягчения делятся на: неводостойкие (НВ) - К_р < 0,45; средней водостойкости (СВ) - 0,45 < К_р < 0,6;

повышенной водостойкости (ПВ) - 0,6 < К_р < 0,8; водостойкие (В) - К_р > 0,8.

Неводостойкость гипса объясняется высокой растворимостью двугидрата сульфата кальция, его высокой проницаемостью и расклинивающим действием молекул воды при проникновении в межкристаллические полости (эффект Ребиндера). Структура затвердевшего гипсового камня характеризуется высокой сообщающейся пористостью, удлиненными кристаллами двугидрата сульфата кальция, которые имеют между собой точечные со­единения, имеющие тенденцию к разрыву при небольших напряжениях, и полости, в которые проникает вода, ослабляя связи и растворяя двугидрат. В.П. Балдин отмечает и еще одну причину - это развитие кристаллизаци­онного давления за счет перекристаллизации мелких кристаллов двугидрата.

Мономинеральные гипсовые и ангидритовые вяжущие являются воз­душными неводостойкими вяжущими веществами (НГВ). Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие (ГЦПВ) и композиционные гипсовые (ангидрито­вые) вяжущие (КГВ) относятся к классу водостойких гипсовых (ангидрито­вых) вяжущих (ВГВ) и в зависимости от состава и исходных компонентов могут быть любой категории водостойкости (ТУ 21-0284757-90).

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 за­твердевшего гипсового вяжущего обусловлено наличием в нем растворимого ангидрита, поскольку он при твердении увеличивается на 0,7–0,8 %, 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 %. При дальнейшем твердении и высыхании происходит усадка в преде­лах 0,05–0,1 %.

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. Совершенно по-иному ведут себя ВГВ. Деформации ползучести за­твердевших ВГВ по своим значениям близки к показателям затвердевшего портландцемента.

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.

Решающее влияние на свойства гипсовых вяжущих, изготовленных из природного сырья или гипсосодержащих отходов, оказывает способ их производства и вид основного оборудования.