Микроструктура, состав гипсовых вяжущих, их влияние на эксплуатационные свойства материалов на основе гипсовых вяжущих

2. Микроструктура, состав гипсовых вяжущих, их влияние на эксплуатационные свойства материалов на основе гипсовых вяжущих

Гипсовые вяжущие материалы – воздушные вещества, получаемые из гипсового камня или ангидрита. По своим технико-экономическим показателям они относятся к эффективным строительным материалам, что обусловлено огромными запасами природного сырья, относительно низким расходом топлива при их получении, короткими сроками схватывания и твердения. Весь технологический цикл изготовления изделий на основе гипсовых вяжущих веществ можно осуществлять в заводских условиях.

Подготовка сырья заключается в его тонком измельчении либо в грубом дроблении до размеров щебня или более крупных кусков (до 70–300 мм), что зависит от типа аппарата для последующей тепловой обработки. Основной операцией является обжиг сырья с целью частичной или полной его дегидратации. Он может быть низко- и высокотемпературным.

При низкотемпературной тепловой обработке сырья в аппаратах, сообщающихся с атмосферой (например, в открытых варочных котлах, сушильных барабанах, шахтных печах и др.), в которых температура поддерживается на уровне 110–180⁰С, продукт обжига становится полуводным гипсом CaSO₄•0,5H₂O. Эта разновидность продукта обжига называется гипсом β–модификации и при измельчении его в тончайший порошок образуется вяжущее вещество, называемое строительным гипсом.

При низкотемпературной тепловой обработке сырья в герметически закрытых аппаратах (пропарниках, автоклавах и др.), в которых температура поддерживается на уровне 95–100⁰С, а давление пара – повышенное, равное 0,15–0,3 МПа (в автоклавах до 0,6 МПа), продукт после частичной дегидратации также становится полугидратом CaSO₄•0,5H₂O, но другой, α–модификации (хорошо просушенного и охлажденного полугидрата). При измельчении в тончайший порошок образуется вяжущее вещество, называемое высокопрочным гипсом. Тот же эффект получается при тепловой обработке (кипячении) сырья в водных растворах некоторых солей, например хлористых кальции и магнии.

Различие между обеими модификациями низкотемпературного гипса состоит преимущественно в размере и характере кристаллов: кристаллы α – модификации – крупные в виде длинных прозрачных игл или призматические, которые формировались в условиях капельножидкой водной среды, кристаллы β–модификации – мелкие с нечетко выраженными гранями. Если первые кристалл полностью обезвоживаются при температурах 200–210⁰С, то вторые достигают этого уже при температурах 170–180⁰С. В обоих случаях обезвоживания не наблюдается видимых изменений в кристаллических структурах. Обезвоженные полугидраты имеют ту же кристаллическую решетку, что и полугидрат. Для производства высокопрочного гипса требуется сырье (камень) первого сорта.

Качественные характеристики получаемых двух видов гипса не одинаковы по ряду показателей. Строительный гипс – порошок белого цвета плотностью 2,2–2,5 г/см³. Его средняя плотность в рыхлом состоянии 800–1100 и в уплотненном – 1250–1450 кг/м³. Он обладает высокой водопотребностью: для получения теста нормальной густоты необходимо 50–70% воды по массе, а удобоукладываемое тесто в производственных условиях требует до 60–80% воды от массы вяжущего вещества. По срокам схватывания гипс различают: быстросхватывающийся (начало через 2 мин., конец – не позднее 15 мин.), нормально-схватывающийся (начало через 6 мин., конец – не позднее 30 мин.), медленносхватывающийся (начало – не ранее 20 мин., окончание схватывания не нормировано). По пределу прочности при сжатии через 1,5 ч. после изготовления образцов имеется 12 марок – от Г‑1 до Г‑25 (цифры обозначают минимально допустимый предел, МПа). Эта разновидность гипса имеет низкую водостойкость, при увлажнении он склонен к ползучести. При более тонком помоле продукта обжига из β-полугидрата сульфата кальция получают гипс формовочный, при использовании сырья повышенной чистоты – медицинский гипс.

Высокопрочный гипс имеет плотность 2,72–2,75г/см³, а его средняя плотность – в тех же пределах, что и гипса строительного. Водопотребность для нормальной густоты теста – около 40–45%, т.е. более низкая, что вызвано его пониженной удельной поверхностью и повышенной крупностью кристаллов. Он обладает повышенной прочностью при сжатии (свыше 25–30 МПа), но не водостоек и имеет тенденцию к ползучести во влажном состоянии (1–3% влаги). Прочность при растяжении в 6–8 раз меньше, чем при сжатии образцов в сухом состоянии. В последние годы в нашей стране были проведены исследования по расширению сырьевой базы за счет снижения содержания требований к содержанию двугидрата кальция (вплоть до 3‑го сорта) за счет улучшенной технологии со снижением до минимума остаточного и вторичного двугидрата и переводом их в β-модификацию гипса. Получается улучшенный высокопрочный гипс для изготовления гипсобетона, растворов, арболита и других изделий.

Строительный и формовочный гипс с успехом используют при производстве перегородочных панелей, сухой штукатурки, гипсолитных деталей, вентиляционных коробов, огнезащитных и звукопоглощающих изделий и др.

при температурах 450–750⁰С растворимый ангидрит переходит в нерастворимый, вследствие чего тесто из порошкообразного ангидрита и воды практически не твердеет. На его базе основано производство ангидритового цемента – продукта обжига природного двуводного гипса при температуре 600–700⁰С с последующим тонким помолом с добавлением минеральных веществ. К таким добавкам относятся смесь сульфата и бисусьфата натрия с медным купоросом, известь (2–5%), основной доменный шлак (10–15%) и др. В присутствии указанных добавок ангидрит взаимодействует с водой и приобретает способность схватываться и твердеть. Предел прочности при сжатии у ангидритового цемента составляет 10–20 МПа, начало схватывания наступает не ранее 30 мин., конец – не позднее 24 ч.

Гипс высокообжиговый (экстрих-гипс) получают при обжиге гипсового сырья до температур 800–950⁰С, когда продукт обжига вновь приобретает свойства схватываться и твердеть без каких-либо добавочных веществ. Эта «добавка» возникает в обжигаемом сырье вследствие термической диссоциации сернокислого кальция (2CaSO₄→2CaO+2SO₂+O₂) в виде свободного оксида кальция. Тонко измельченный порошок и является высокообжиговым гипсом (эстрих-гипсом). Начало схватывания теста из эстрих-гипса наступает не ранее 2 ч., но его можно ускорить добавками, например NHSO₄; предел прочности при сжатии составляет 10–20 МПа, а водостойкость несколько выше, чем у низкотемпературных гипсовых вяжущих и ангидритового цемента. Его применяют для изготовления декоративных и отделочных материалов, например, искусственного мрамора, штукатурных растворов, устройства бесшовных полов и подготовки оснований под линолеум и др.

В целях улучшения качества эстрих-гипса рекомендуется применять сырье с содержанием до 5–7% доломитов и известняков и до 7–10% глинистых примесей. Тогда возникает некоторое количество силикатов, алюминатов и ферритов кальция, повышающих водостойкость готового продукта обжига. Но ее можно повысить и введением гидрофобных добавок или минеральные – шлака, извести, портландцемента и др.

Похожие работы

Воздействие строительных материалов на человека

Скачать

27068

1

0

... нормирования и стандартизации ограничений к применению строительных материалов, имеющих худшие показатели. 2 Воздействие строительных материалов Техногенное загрязнение природы, появление на рынке новых, плохо изученных с точки зрения воздействия на человека, строительных материалов, нарушение технологических процессов при строительстве, использование в быту и для промышленных целей ...

Строительные материалы (лекции за 2-й курс)

Скачать

77801

0

1

... получают путём пропитки кровельного картона каменноугольными или сланцевыми дегтёвыми материалами и последующей посыпки его одной или двух сторон минеральным порошком. Используют его при устройстве кровель.   ЛЕКЦИЯ №13 Древесные строительные материалы и изделия.   Общие сведения. Благодаря хорошим строительным свойствам древесина давно нашла широкое применение в строительстве. Она имеет ...

Классификация строительных материалов

Скачать

166283

1

4

... породу - гипсовый камень. Ангидрит - CaSО4 - имеет среднюю плотность 2,9-3 г/см3, твердость - 3-3,5, строение - кристаллическое. При насыщении водой переходит в гипс. 7.  Классификация горных пород по происхождению Каменные строительные материалы включают широкую номенклатуру изделий, получаемых из горных пород: рваный камень в виде кусков неправильной формы (бут, щебень и др.), изделия ...

Стекло и строительные материалы на основе органических вяжущих

Скачать

60794

32

0

... (1580—1770°С), жароупорные (ниже 1580°С). Жаростойкие бетоны применяют для сооружения тепловых агрегатов, фундаментов промышленных печей и др. конструкций, подверженных длительному нагреванию. Бетоны на органических вяжущих: 1)асфальтобетоны - строительный материал в виде уплотнённой смеси щебня, песка, минерального порошка и битума. Перед смешением составные части высушивают и нагревают до ...