Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества

Гипсовые вяжущие вещества получают переработкой природного гипса, ангидрита и отходов промышленности, содержащих сернокислый кальций (например, фосфогипс).

По химическому составу гипсовые вяжущие разделяются на три группы:

- вяжущие, содержащие двуводный гипс – CaSO₄·2H₂O (гипсовый цемент);

- вяжущие на основе полуводного гипса – CaSO₄·0,5H₂O;

- вяжущие на основе ангидрита – CaSO₄.

Наиболее распространённым гипсовым вяжущим является строительный и формовочный гипс.

Природный гипс часто загрязнён песком, глиной, известняком. Содержание CaSO₄·2H₂O должно быть не менее 99% для первого сорта; для второго сорта – не менее 75%, для третьего – не менее 65%.

При обжиге вода из гипса удаляется ступенчато. Вначале двуводный гипс переходит в полуводный:

CaSO₄·2H₂O = CaSO₄·0,5H₂O + 1,5 H₂O

Затем гипс обезвоживается:

CaSO₄·0,5 H₂O = CaSO₄ + 0,5 H₂O

При температуре 800-1000ºС гипс разлагается:

CaSO₄ = CaO + SO₃

При обжиге гипса в условиях, обеспечивающих подвижность ионов Са²⁺ и SO₄^2-, образуется α-модификация гипса. При обжиге в сухой среде возникает β-модификация.

Влажная среда α-CaSO₄·0,5H₂O

105-107ºC 190-220ºC 800-1000ºC

CaSO₄·2H₂O 115-120ºC CaSO₄ CaO + SO₃

Β-CaSO₄·0,5H₂O (частично)

Сухая среда

Крупнокристаллическая α-модификация требует для затворения меньшее количество воды и образует в результате твердения более прочное изделие. Мелкокристаллическая β-модификация требует для образования теста больше воды, а продукты её твердения менее прочны.

- 9/2 - Вяжущие в-ва

Температура тепловой обработки находится в пределах 140…180 ^оС. Большое значение имеют условия обработки, в частности, давление. При нормальном давлении образуются строительный и формовочный гипс, а при повышенном давлении в автоклавах – высокопрочный гипс.

Строительный и формовочный гипс состоят из кристаллов гипса β–модификации, отличающихся мелкокристаллическим строением, бóльшей удельной поверхностью смачивания, а, следовательно, и повышенной водопотребностью (50…70 %). По срокам схватывания делятся на 3 группы: А – быстросхватывающиеся (схватывание в интервале 2…15 мин), Б – нормально схватывающиеся (схватывание в интервале 6…30 мин) и В – медленно схватывающиеся (Н_схв ≥20 мин). По пределу прочности при сжатии установлено 12 марок гипса (марка гипса определяется в 2-х часовом возрасте): 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 твердении строительный и формовочный гипс увеличиваются в объеме примерно на 1 %. Твердение происходит с выделением тепла. Их нельзя применять при температуре выше 60 ^оС (начинается процесс дегидратации) и при влажности более 60 % (происходит снижение прочности). Формовочный гипс имеет более тонкий помол и применяется в керамической и фарфорово-фаянсовой промышленности для изготовления форм.

Высокопрочный гипс состоит из кристаллов гипса α–модификации, отличающихся крупнокристаллическим строением, меньшей удельной поверхностью смачивания, а, следовательно, и меньшей водопотребностью (40…50 %). Прочность его может достигать 40 МПа и выше. В основном применяется для изготовления элементов стен и сборных перегородок, стеновых камней.

Твердение низкообжиговых гипсовых вяжущих веществ происходит в 3 периода (теория А.А. Байкова)

CaSO₄·0,5H₂O + 1,5H₂O = CaSO₄·2H₂O + Q.

1–й период твердения низкообжиговых гипсовых вяжущих веществ связан с растворением компонентов в водной среде. Сначала образуется истинный раствор CaSO₄·0,5H₂O с ярко выраженной диффузией. Однако вновь образующийся CaSO₄^.2H₂O имеет растворимость 2 г/л, а CaSO₄·0,5H₂O имеет растворимость значительно больше (8,5 г/л). Раствор быстро насыщается CaSO₄^.2H₂O, происходит его пересыщение и образуется осадок. По времени 1–й период твердения соответствует началу схватывания гипсового теста.

2–ой период твердения низкообжиговых гипсовых вяжущих веществ связан с коллоидацией (гелеобразованием) системы. Образующийся раствор проявляет уже слабую диффузию, происходит слипание частиц, образуется гель (гипсовое тесто). Структура системы не жесткая, коагуляционная, обладает тиксотропностью (обратимостью свойств). По времени 2–ой период твердения соответствует концу схватывания гипсового теста.

- 9/3 - Вяжущие в-ва

3–й период твердения низкообжиговых гипсовых вяжущих веществ связан образованием жестких связей за счет кристаллизации геля. Происходит уплотнение геля, его кристаллизация и система начинает набирать прочность.