Воздушные вяжущие вещества

2.2.1. Основы технологии гипсовых вяжущих веществ

Сырьем для производства гипсовых вяжущих является природный двуводный гипс CaSO₄2H₂O и природный ангидрит CaSO₄. Технологическая схема производства гипсовых вяжущих состоит в измельчении сырья и последующей тепловой обработке. Двуводный гипс при нагреве дегидратируется. Регулируя температуру и другие условия производства получают различные гипсовые вяжущие. Свойства гипсовых вяжущих регламентированы в государственном стандарте ГОСТ-125-79**.

Термическрой обработкой сырья при температуре 140…180 °С производят низкообжиговые гипсовые вяжущие – строительный гипс и высокопрочный гипс:

CaSO₄2H₂O= CaSO₄ 0,5 H₂O + 1,5H₂O.

Строительный гипс получают варкой гипсового камня в варочных котлах или сушильных барабанах. При варке в варочных котлах сырье предварительно сушат и измельчают в порошок. В сушильных барабанах обжигают куски, а тонкому измельчению подвергают полугидрат. Используются и комбинированные схемы, когда операции сушки, помола и варки сырья совмещены. При варке гипса в открытых аппаратах при атмосферном давлении кристаллизационная вода удаляется в виде перегретого пара. При этом происходит сильное механическое диспергирование зерен с образованием кристаллов полуводного гипса -модификации, которыми и представлено строение строительного гипса. В сравнении с другими гипсовыми вяжущими строительный гипс отличается наиболее высокой водопотребностью (нормальна густота составляет 50…55 %), пониженной прочностью (2…10 МПа) и низкой водостойкостью. Он быстро схватывается и твердеет.

Высокопрочный гипс изготавливают дегидратацией сырья либо в автоклавах в среде насыщенного пара при температуре 120…140 °С под давлением 0,13…0,15 МПа с последующей сушкой полуводного гипса, либо методом кипячения сырья при атмосферном давлении в водных растворах солей СаСl₂, MgCl₂, NaCl₂, Na₂CO₃. Полученный таким образом полуводный гипс отцеживается или отделяется от жидкой среды центрифугированием, сушится при 110°С, а затем при 70…80°С. После высушивания продукт размалывают в порошок с остатком на сите № 008, не превышающим 5…10 %. Высокопрочный гипс состоит из более крупных и компактных кристаллов - полугидрата, для которых характерна более низкая водопотребность в сравнении со строительным гипсом. В итоге твердение высокопрочного гипса приводит к образованию более прочного гипсового камня 15…17 МПа. Высокопрочный гипс быстро твердеет, что характерно для низкообжиговых вяжущих.

С физико-химической точки зрения твердение низкообжиговых гипсовых вяжущих происходит в результате растворения полуводного сульфата кальция, появления насыщенного раствора, в котором протекают реакции гидратации с образованием кристаллов двуводного сернокислого кальция:

CaSO₄ 0,5 H₂O + 1,5H₂O = CaSO₄2H₂O.

Высокообжиговые гипсовые вяжущие – ангидритовый цемент и высокообжиговый гипс получают обжигом дробленого гипсового камня или ангидрита при более высоких температурах (600…1000 °С) с последующим размолом продукта обжига. Ангидритовый цемент получают тонким помолом природного ангидрита или обжигом двуводного гипса при 600…700°С до полной дегидратации: в шахтных или вращающихся печах:

CaSO₄2H₂O = CaSO₄ + 2 H₂O.

Безводный сернокислый кальций с водой практически не реагирует. Химическая реакция между ангидритом и водой активизируется катализаторами: Na₂SO₄, NaHSO₄, K₂SO₄, FeSO₄. процесс твердения ангидритового цемента протекает медленно в сравнении с низкообжиговыми гипсовыми вяжущими и может быть представлен в виде:

CaSO₄+ активизатрор +nН₂О→Активизатор СаSO₄nH₂O→

активизатор + (n-2)Н₂О + CaSO₄2H₂O.

Для получения гипсового теста нормальной густоты расходуется 30…35 % воды. Начало схватывания наступает не ранее 30 мин конец – на позднее 24 ч с момента затворения водой.

Высокообжиговый гипс – эстрих-гипс получают, обжигом гипсового камня при 800…1000°С с последующим тонким помолом. Высокообжиговый гипс состоит из ангидрита CaSO₄ и 3..5 % СаО, который формируется вследствие частичной диссоциации CaSO₄. СаО выполняет роль катализатора. Схватывание и твердение эстрих-гипса

при затворении водой протекает аналогично гипсоангидритовому цементу. В этом случае активизатором является СаО, всегда присутствующая в эстрих-гипсе. При твердении высокообжигового эстрих-гипса с водой оксид кальция, переходя в гидроксид, образует щелочную среду, способствующую ускорению процесса твердения:

CaSO₄+ 2Н₂О= CaSO₄2Н₂О.

Водопотребность эстрих-гипса для получения теста нормальной густоты составляет 30…35%. Начало схватывания наступает через 6…8 часов с момента затворения водой. Изделия из эстрих-гипса отличаются сравнительно высокой водостойкостью и плотностью. Через 28 суток образцы имеют прочность при сжатии 10…20 МПа и высокое сопротивление истиранию.

По срокам схватывания ГОСТ 125-79 регламентирует выпуск гипсовых вяжущих: А – быстротвердеющих (начало схватывания не ранее 2 мин, конец – не позднее 15 мин), Б – нормально твердеющих (начало схватывания – не ранее 6 мин, конец – не позднее 30 мин) и В – медленно твердеющих ) начало схватывания – не ранее 20 мин, конец – не нормируется). В зависимости от степени помола, контролируемой остатком на сите №02, различают вяжущие:I – грубого помола (не более 23%); II – среднего помола ( не более 14 %); III – тонкого помола (не более 2 %). Марка гипса назначается по пределу прочности при сжатии и изгибе образцов-балочек размерами 40х40х160 мм, изготовленных методом литья из гипсового теста нормальной густоты в возрасте 2 ч.

Таблица 2.1