Воздушные вяжущие вещества

Гипсовыми вяжущими веществами называют воздушные вяжущие, состоящие в основном из полуводного гипса или ангидрита. В зависимости от температуры термической обработки вяжущие делят на низкообжиговые (собственно гипсовые) и высокообжиговые (ангидритовые).

Сырьем для производства гипсовых вяжущих чаще служит осадочная горная порода природный гипс, реже — побочные продукты химической промышленности (фосфогипс, борогипс).

При нагревании до 130... 180°С двуводный сульфат кальция отдает часть химически связанной воды и переходит в полуводный сульфат кальция.

Термическую обработку природного гипса осуществляют «сухим» способом в открытых аппаратах, сообщающихся с атмосферой (печах или варочных котлах), или «мокрым» — в котлах-автоклавах при давлении выше атмосферного. В последнем случае продукт состоит из более крупных и плотных кристаллов, характеризуется пониженной водопотребностью и дает после отвердевания камень большей прочности .

Материал измельчают в порошок как до, так и после термической обработки. Иногда обжиг и помол совмещают в одном аппарате.

Твердение гипсового вяжущего обусловлено быстро протекающей гидратацией полуводного сульфата кальция, сопровождающейся выделением теплоты.

Свежеизготовленные гипсовые изделия содержат много химически несвязанной воды, ослабляющей прочность контактов между кристаллами новообразований и самих изделий. Для повышения прочности изделия сушат при 60..70°С, чтобы не началась дегидратация двуводного гипса.

По тонкости помола, характеризуемой остатком на сите с отверстиями 0,2 мм массы пробы (%), взятой для просеивания, различают: гипсовые вяжущие грубого помола (группа I) — остаток не более 23%; среднего помола (группа II) — остаток не более 14%; тонкого помола (группа III) — остаток не более 2%.

Водопотребность гипсовых вяжущих изменяется от 30 ...40 до 60... 70% в зависимости от условий обжига и дисперсности. Большая разница между водопотребностью и количеством воды, необходимым на гидратацию полугидрата (менее 20%), является причиной значительной пористости гипсового камня, доходящей до 50 %. Пористость камня ниже, а прочность выше у вяжущего с меньшей водопотребностью.

Особенности гипсовых вяжущих — быстрое схватывание и твердение. По срокам схватывания различают три группы гипсовых вяжущих: быстротвердеющие (группа А), имеющие начало схватывания не ранее чем через 2 мин, конец — не позднее чем через 15 мин; нормально твердеющие (группа Б), имеющие начало схватывания не ранее чем через 6 мин, конец — не позднее 30 мин; медленно твердеющие (группа В) с началом схватывания не ранее чем через 20 мин. конец схватывания для них не ограничен.

Для замедления схватывания гипсовое вяжущее затворяют водой с добавкой животного клея, ЛСТ или других органических клееподобных веществ, понижающих растворимость полугидрата.

Марочную прочность гипсовых вяжущих определяют после 2 ч твердения образцов на воздухе. Образцы (балочки размером 4×4 × 16 см, изготовленные из теста стандартной консистенции) испытывают на изгиб, а их половинки — на сжатие. Стандартом предусмотрены 12 марок гипсовых вяжущих Г-2... Г-25. Цифры в обозначении марки показывают минимальный предел прочности при сжатии в МПа. Для каждой марки регламентируется минимальная прочность при изгибе в пределах соответственно от 1,2 до 8 МПа.

Маркировка гипсового вяжущего содержит информацию о прочности, сроках схватывания и дисперсности. Например, Г-5БП означает гипсовое вяжущее с прочностью при сжатии не менее 5 МПа, нормальнотвердеющее, среднего помола.

В литературе можно встретить устаревшие названия разновидностей гипсовых вяжущих: «строительный» и «высокопрочный» гипс . Строительный гипс соответствует гипсовым вяжущим невысоких марок по прочности Г-2... Г-7, а высокопрочный — высоких марок от Г-10... Г-25.

Особенность гипсовых вяжущих по сравнению с большинством других — увеличение объема при твердении на воздухе до 0,3 %. Способность расширяться позволяет широко использовать гипс для отливки декоративно-художественных изделий сложной формы, а также применять его без заполнителей, не боясь растрескивания от усадки.

К важнейшим недостаткам гипсовых вяжущих относятся повышенная гигроскопичность, низкая водостойкость, значительные деформации под нагрузкой (ползучесть) влажного гипсового камня, коррозия стальной арматуры в гипсовых изделиях. Для повышения водостойкости гипсовых вяжущих при изготовлении вводят полимерные и гидрофобизирующие добавки, применяют интенсивное уплотнение смесей с пониженным водосодержанием. Особенно эффективен переход к смешанным вяжущим на основе гипса.

Гипсовые вяжущие используют при производстве гипсокартонных и гипсоволокнистых листов, гипсобетонных перегородочных панелей и блоков, декоративных и звукопоглощающих изделий, для приготовления штукатурных растворов для внутренних частей зданий, работающих при относительной влажности воздуха не более 60%, а также в качестве добавки к другим вяжущим (расширяющийся цемент, гипсоцементно-пуццолановое вяжущее).

К высокообжиговым гипсовым вяжущим относятся ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс.

Ангидритовый цемент изготавливают из природного гипса обжигом при 600... 700°С. Продукт обжига состоит преимущественно из нерастворимого ангидрита, не способного в обычных условиях схватываться или твердеть. Для придания ему вяжущих свойств при помоле вводят минеральные активизаторы твердения. Можно получать ангидритовый цемент без обжига помолом природного ангидрита с теми же добавками. В качестве активизаторов применяют гашеную или негашеную известь (2... 5% массы ангидрита), обожженный доломит (3...8%), доменный шлак (10... 15%).

Высокообжиговый гипс получают обжигом природного гипса или ангидрита при 800... 1000°С. Безводный сульфат кальция при этих температурах частично разлагается с образованием оксида кальция, выполняющего роль активизатора процесса взаимодействия вяжущего с водой .

Ангидритовые вяжущие в отличие от низкообжиговых гипсовых медленнее схватываются и твердеют. Начало схватывания наступает не ранее чем через 30 мин, конец — не позднее чем через 12 ч. Марочную прочность контролируют в возрасте 28 сут. По пределу прочности при сжатии (кгс/см2) установлены 4 марки: 50, 100, 150 и 200. Ангидритовые вяжущие имеют несколько большую водостойкость. Высокообжиговые гипсовые вяжущие применяют:

— при устройстве бесшовных полов и подготовки под линолеум;
— для приготовления штукатурных и кладочных растворов различных марок;
— для получения искусственного мрамора (отделочный ангидритовый цемент).