Изделия на основе гипсовых вяжущих

Строительный гипс (устаревшее название – алебастр) получают при обжиге двухводного гипсового камня CaSO₄ 2H₂O путем его термической обработки (происходит частичная дегидратация двуводного гипса и превращение его в полуводный CaSO₄ 0,5H₂O) при температуре 170-200 ^оС, проводимой в печах или варочных котлах и последующего тонкого помола. Строительный гипс относится к быстротвердеющим вяжущим – начало схватывания 4-6 минут, а конец – 30 минут. Строительный гипс выпускается 3-х сортов: для I сорта тонкость помола должна быть не более 15%, для II сорта – 20% и для III сорта – 30%. Предел прочности при сжатии соответственно 5,5 МПа, 4,5 МПа и 3,5 Па.

Производство строительного гипса. Существует несколько технлогических схем: помол сырья и последующая тепловая обработка; тепловая обработка камня и помол после обработки; помол и обжиг совмещены в одном аппарате.

Тепловую обработку гипсового камня можно проводить в варочных котлах, сушильных барабанах и мельницах. Наиболее простым и распространенным способом производства строительного гипса является тепловая обработка тонкомолотого сырья в гипсоварочном котле периодического действия, который представляет собой стальной барабан(вместимость 12...15м3), футерованный огнеупорным кирпичом. Внутри котла находятся жаровые трубы и мешалка для перемешивания гипса.

Измельченный в мельнице порошок загружают через загрузочный люк в варочный котел. Топочные газы подогревают днище и стенки котла, проходят в жаровые трубы и попадают в дымовую трубу(продолжительность варки 1...3ч.); при этом двуводный гипс обезвоживается и превращается в полуводный гипс. При температуре 180 °С происходит дегидратация гипсового камня:

Таким образом, строительный гипс состоит в основном из полуводного гипса. После окончания обжига гипс через выгрузочное устройство поступает в камеру томления и выдерживается в ней в течение 20...40 мин. для выравнивания состава(дегидратация неразложившегося природного гипса и переход в полугидрат). Помол гипса после обжига производят в шаровой мельнице. Производство гипсового вяжущего по совмещенной схеме помола и обжига происходит в мельницах. В мельницах гипсовый камень измельчается, мелкие частицы подхватываются потоком горячих дымовых газов, поступающих в мельницу. Частицы, находясь во взвешенном состоянии, обезвоживаются и превращаются в полуводный гипс. В мельницах обеспечивается непрерывность работы.

Основные свойства гипса:

· тонкость помола;

· водопотребностъ (нормальная густота);

· сроки схватывания;

· прочность.

Тонкость помола характеризуется остатком на сите № 02. Различают грубый, средний и тонкий помол вяжущего. Обозначают каждую группу индексами I, II и III:

· I – грубый помол, остаток на сите не более 23%

· II – средний помол, остаток на сите не более 14%

· III – тонкий помол, остаток на сите не более 2%.

Водопотребностъ гипса определяется количеством воды (в %), необходимой для получения теста заданной подвижности.

Реологические свойства теста оценивают в соответствии с методами его укладки в дело. Диаметр расплыва теста стандартной консистенции на вискозиметре Суттарда(рис.2) должен быть равен (180 ±5) мм. Нормальная густота гипсового теста требует 50...70% воды по массе вяжущего.

Рис.3.2 Гипсоварочный котел: 1 - топка; 2 - сферическое днище; 3 - жаровые трубы; 4 - стальной барабан; 5 - дымовая труба; 6 - винтовой конвейер; 7- крышка;8 - кольцевые каналы; 9 - шибер; 10 – мешалка

Строительный гипс является быстро схватывающимся и быстротвердеющим вяжущим веществом. Сроки схватывания определяют на приборе Вика по глубине погружения иглы в гипсовое тесто нормальной густоты. Согласно ГОСТ 125—79 различают следующие группы гипса в зависимости от сроков схватывания:

· А – быстросхватывающийся (начало схватывания не ранее 2 мин, окончание — не позднее 15 мин.);

· Б – нормально схватывающийся (начало схватывания не ранее 6 мин, окончание — не позднее 30 мин.);

· В – медленносхватывающийся (начало схватывания не ранее 20 мин., окончание не нормируется).

При схватывании и твердении гипс расширяется в объеме до 1%. Способность гипса расширяться позволяет применять его без заполнителей (в отличие от других вяжущих), не опасаясь растрескивания изделий от усадки.

Быстрое схватывание затрудняет работу с гипсом. В случае необходимости к гипсу добавляют замедлители схватывания в количестве 0,1...0,55% по массе гипса (животный клей, столярный клей, сульфитноспиртовая барда и т.д.), при добавлении которых начало схватывания замедляется до 30 минут (прочность снижается до 10%).

Рис. 3.3. Вискозиметр Суттарда:

1 - цилиндр; 2 - стеклянная пластинка;3 - концентрические окружности

В случае необходимости ускорения схватывания гипса к нему добавляют природный гипсовый камень или поваренную соль (1% гипса и 0,5% соли).

Прочность гипса характеризуется маркой (Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25), которую устанавливают по пределу прочности при сжатии образцов-балочек размером 40x40x160 мм, изготовленных из теста нормальной густоты и испытанных через 2 ч после затворения гипса водой. Балочки испытывают на изгиб до разрушения, а полученные полубалочки испытывают на сжатие. Предел прочности при изгибе соответствующих марок меняется от 1,2 до 8,0 МПа.

Условное обозначение гипсового вяжущего характеризует его основные свойства. Например, гипсовое вяжущее Г-5 БП: нормальнотвердеющее (Б), среднего помола(П), прочность при сжатии не менее 5МПа.

Свойства строительного гипса:

· белый или светло-серый порошок;

· истинная плотность 2,6...2,75 г/см 3;

· средняя плотность в рыхлом состоянии 800...1100 кг/м 3, в уплотненном – 1250...1450 кг/м3;

· не водостойкий, поэтому прочность гипсовых изделий при увлажнении снижается на 40...60% (их следует применять в помещениях с относительной влажностью воздуха до 60%);

· гигроскопичный.

Применение – для изготовления перегородочных плит и панелей, вентиляционных коробов, гипсокартонных листов (сухая штукатурка), акустических плит, приготовления гипсовых и известково-гипсовых штукатурных растворов, различных архитектурно-декоративных деталей методом отливки.

При транспортировании и хранении гипсовые вяжущие должны быть защищены от увлажнения и загрязнения.

Высокопрочный гипс – разновидность строительного. Отличается от строительного гипса способом тепловой обработки, которую проводят путём содержания двуводного гипса в автоклаве под давлением пара 0,13 МПа при 124 °С в течение 5 часов с последующей сушкой и измельчением в порошок. В результате образуются более крупные кристаллы, обусловливающие высокие прочностные характеристики и меньшую водопотребность. Нормальная густота 40-45%, прочность при сжатии не менее 25-30 МПа. Сроки схватывания сходны с таковыми у строительного гипса.

Применение – в металлургической промышленности для изготовления форм, а также применяют для изготовления архитектурных деталей и строительных изделий повышенной прочности.

Формовочный гипс от строительного отличается более тонким помолом и более высокой прочностью(сроки схватывания формовочного гипса должно быть не менее 30 мин.).

Применение - для скульптурных и лепных работ, изготовления форм для керамической промышленности.

Ангидритовый гипс получают при обжиге двуводного гипсового камня при температуре 600-700°С и последующим помолом с добавлением извести и шлака и других активизаторов твердения. По пределу прочности на сжатие (МПа) выпускают четырех марок: 5, 10, 15, 20.

Применение – для кладки и оштукатуривания внутренних стен и изготовления художественных изделий.

Более водостойкими гипсовыми вяжущими являются полимергипс и гипсоцементно-пуццолановые вяжущие. Полимергипс в отличие от строительного гипса имеет высокую прочность на сжатие – 30 МПа и большую водостойкость; получают его при смешивании строительного гипса с фенольно-фурфурольной смолой (17-20 %).

Применение – в производстве облицовочных плиток, а также для отделочных работ в помещениях с повышенной относительной влажностью воздуха.

Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие получают на основе полуводного гипса (40-60%), портландцемента (20-25%) и трепела (10-25%).