Гипсовые строительные материалы и изделия (стр. 2 из 3)

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 – CaSO ₄× 0,5Н ₂О. Гипсовое вяжущее, состоящее преимущественно из α – модификации полуводного гипса, медленнее гидратируется, характеризуется меньшей водопотребностью, а затвердевший гипсовый камень – более высокой прочностью (высокопрочный гипс).

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, что позволяет заполнить им все детали формы или опалубки и придавать еще не схватившейся массе ровную поверхность.

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.

1.3 Высокообжиговые гипсовые вяжущие

Высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества – медленно-схватывающиеся и медленнотвердеющие воздушные вяжущие, состоящие из безводного сульфата кальция и активизатора твердения. В настоящее время в нашей стране ангидритовый цемент и эстрихгипс применяются ограниченно, однако весьма вероятно появление интереса к этим вяжущим в недалеком будущем.

Ангидритовый цемент получают совместным помолом обожженного при температуре 600…700 ºС гипсового камня и щелочных или сульфатных активизаторов. В качестве щелочныхактивизаторов используют: известь (2…5 % от массы ангидрита), обожженный доломит (3…8 %), основной доменный шлак (10…15 %), а сульфатных активизаторов – бисульфат и сульфат натрия (0,6 %), железный или медный купорос (9 %), сульфат алюминия или алюминиевые квасцы (2 %). Сульфаты могут вводиться в состав цемента не только при его помоле, но и путем затворения растворами этих солей.

Необходимость введения активизаторов обусловлена тем, что в результате обжига при температуре выше 400 ºС гипс переходит в так называемый нерастворимый («намертво обожженный») ангидрит CaSO _4, который медленно или совсем не схватывается и не твердеет. В присутствии воды и активизатора твердения CaSO ₄образует неустойчивый сложный гидрат вида (активизатор) × mCaSO ₄× nH ₂O , распадающийся в дальнейшем на (активизатор) × pH ₂O и m ( CaSO ₄× 2 H ₂O ).

Эстрихгипс – высокообжиговое гипсовое вяжущее вещество, получаемое из природного гипса или ангидрита путем обжига при температуре 800…1100 ºС и последующего помола в тонкий порошок.

При обжиге происходит частичная термическая диссоциация сернокислотного кальция: 2 CaSO ₄® 2 CaO + 2 SO ₄ + O ₂, т.е. с образованием свободного оксида кальция при 800 ºС – около 3 %, при 1100 ºС – около 7%. При затворенииэстрихгипса водой оксид кальция играет роль активизатора твердения теста.

При твердении эстрихгипса безводный сульфат кальция переходит в двуводный. Гидратация протекает медленно в течение нескольких месяцев. Оксид кальция переходит в гидрооксид, часть его может взаимодействовать с CaSO _4, давая комплексные новообразования, а другая часть под действием углекислоты воздуха переходит в карбонат кальция.

Изделия из эстрихгипса характеризуются небольшой тепло- и звукопроводностью, однако по сравнению с изделиями из низкообжиговых гипсовых вяжущих веществ отличаются высокой морозостойкостью, повышенной водостойкостью и меньшей склонностью к пластическим деформациям.

1.4 Смешанные гипсовые вяжущие

Гипсоизвестковое вяжущее представляет собой сухую смесь, получаемую дегидратацией двуводного гипса за счет тепла гашения извести. При этом известь гасится, поглощая воду, выделяющуюся из двуводного гипса:

Теоретически при этой реакции материалы могут нагреваться до 300 ºС. Практически же дегидратацию следует проводить при 140…160 ºС, что достигается выбором соотношения между исходными материалами (50…70% гипсового камня и 50…30% негашеной извести).

При производстве гипсоизвестковых сухих смесей измельчение исходных компонентов производят в щековых или молотковых дробилках до кусков размером 5…10 мм, а затем осуществляют их совместный или раздельный помол в шаровой мельнице до остатка на сите с размерами ячеек 0,2 мм не более 5…10%. Приготовленную смесь направляют в термоизолированный реактор, где происходит реакция между известью и гипсом.

Гипсоизвестковое вяжущее при затворении водой схватывается через 10…20 мин. Оно применяется для изготовления низкомарочных строительных растворов и бетонов.

Для производства гипсоизвесткового вяжущего целесообразно использовать сульфатные отходы промышленности, в частности фосфогипс. В этом случае исключаются затраты топлива не только на дегидратацию двуводного сульфата кальция, но и на удаление из отходов механически примешанной воды, которое происходит за счет тепла гашения извести.

С целью повышения прочности и водостойкости гипсоизвестковых смесей рекомендуется применять различные пуццолановые добавки.

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее (ГЦПВ) получают путем смешивания полуводного гипса, портландцемента и пуццолановой добавки в оптимальных количествах, определяемых расчетным способом.

В строительной практике используют ГЦПВ следующего состава, % по массе: полуводный гипс – 50…75; портландцемент – 15…25; пуццолановая добавка активностью не менее 200 мг/г (по поглощению оксида кальция) – 10…25.

ГЦПВ, как исходный гипс, обладает короткими сроками схватывания, но затвердевший камень на его основе обладает высокой водостойкостью за счет образующихся при гидратации портландцемента малорастворимых гидросиликатов кальция.

В качестве пуццолановых добавок используют трепел, диатомит, вулканический пепел, туф, трассы, золы и шлаки от сжигания топлива.ю горелые породы и т.п. вместо портландцемента целесообразнее использовать пуццолановый портландцемент, а также шлакопортландцемент.

2Сырье для производства гипсовых вяжущих веществ

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

Гипсовый камень – продукт измельчения горной породы осадочного (химического) происхождения, состоящей в основном из природного минерала – гипса (

). Теоретический состав двуводного сульфата кальция, % по массе: СаО – 32,56, – 46,51, – 20,93.

В природе гипс встречается чаще всего в виде трех минералогических разновидностей, отличающихся друг от друга своей кристаллической структурой:

- алебастр (белый) – плотный мелкозернистый минерал с сахаровидным изломом или крупнозернистый с беспорядочно ориентированными в пространстве кристаллами;

- селенит (луна) – волокнистый, сложенный из правильно расположенных нитевидных кристаллов минерал, имеющий характерный шелковистый отлив;

- гипсовый шпат – пластинчатый минерал с плоскими прозрачными кристаллами слоистой структуры.

Гипсовый камень и вяжущие вещества, получаемые в результате его переработки, имеют приближающийся к белому цвет. Примеси могут придавать гипсу серый, желтоватый, розовый, бурый и другие оттенки. В качестве примесей в гипсе встречаются кварц, сера и другие.