Воздушные вяжущие. Гипс. Требования к качеству, условия применения.

Воздушные вяжущие способны затвердевать и длительное время сохранять прочность только на воздухе. По химическому составу они делятся на четыре группы: гипсовые вяжущие, основной которых является сернокислый кальций; магнезиальное вяжущее, содержащее каустический магнезит MgO; жидкое стекло – силикат натрия или калия (в виде водного раствора); известковые вяжущие, состоящие главным образом из оксида кальция CaO.

Гипсовые вяжущие вещества - это воздушные вяжущие, состоящие в основном из полуводного гипса или ангидрида и получаемые тепловой обработкой сырья и помолом.

Строительный гипс представляет собой порошок белого цвета; плотность его в рыхлом состоянии колеблется в пределах 800 - 1100 кг/м³, а в уплотненном – 1250 - 1450 кг/м³, истинная плотность 2,6 - 2,75 г/см³. Он является быстросхватывающимся и быстротвердеющим вяжущим веществом, к основным свойствам которого относят водопотребность, сроки схватывания, тонкость помола и предел прочности при сжатии и изгибе. Строительный гипс изготовляют низкотемпературным обжигом гипсовой породы (гипсового камня) в варочных котлах и печах. В первом случае гипсовый камень сначала размалывают, потом в виде порошка нагревают в котлах. Имеются промышленные установки, в которых совмещены помол и обжиг. При обжиге в незамкнутом пространстве вода выделяется и удаляется в виде пара.

Сырье для получения гипсовых вяжущих чаще всего служит горная порода гипс, состоящая преимущественно из минерала гипса СаSO₄×2Н₂O. Используют и ангидрит СаSO₄, отходы промышленности (фосфогипс - от переработки природных фосфатов в суперфосфат, борогипс и др.).

Гипсовые вяжущие вещества подразделяются в зависимости от температуры тепловой обработки на две группы: низкообжиговые и высокообжиговые. Низкообжиговыегипсовыевяжущие получают тепловой обработкой природного гипса при низких температурах (110-180°С). Они состоят в основном из полуводного гипса, так как дегидратация сырья при указанных температурах приводит к превращению двуводного гипса в полугидрат СаSO₄×2Н₂O = СаSO₄×0,5Н₂O + 1,5Н₂O. К низкообжиговым гипсовым вяжущим веществам относятся: строительный, формовочный и высокопрочный гипс.

Высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества изготовляют путем обжига гипсового камня при высоких температурах 600-900°С, поэтому они состоят преимущественно из ангидрита СаSO₄, который частично подвергается термической диссоциации с образованием СаО. Небольшое количество оксида кальция в составе вяжущего играет роль активизатора вяжущего с водой. Можно получить ангидритовое вяжущее и без обжига помолом природного ангидрита с активизаторами твердения (известью, обоженным доломитом и т.п.). Высокообжиговый гипс (в отличие от строительного гипса) медленно схватывается и твердеет, но его водостойкость и проч­ность при сжатии выше - 10-20 МПа. Поэтому его применяют при устройстве бесшовных полов, в растворах для штукатурки и кладки, для изготовления "искусственного мрамора".

Высокопрочный гипс получают термической обработкой высокосортного гипсового камня в герметичных аппаратах под давлением пара. Он состоит в основном из a-модификации полу­водного сульфата кальция, более активной, чем b-модификации. Поэтому прочность высокопрочного гипса при сжатии 15-25 МПа превышает прочность строительного гипса. Из него изготовляют элементы стен и сборных перегородок, камни для стен.

Формовочный гипс состоит в основном из модификации полугидрата. Он содержит незначительное количество примесей и тонко размалывается. Применяют в керамической и фосфоро-фаянсовой промышленности для изготовления форм.

Нормальная густота гипсового теста характеризует­ся количеством воды (в %), при котором получается тесто заданной подвижности. Строительный гипс облада­ет большой водопотребностью. Для получения теста нор­мальной густоты необходимо 50-70 % воды по массе гипса.

Сроки схватывания гипсового теста нормальной густоты определяет на приборе Вика по глубине погруже­ния иглы в гипсовое тесто. По срокам схватывания гипс делят на три группы; А -быстросхватывающийся (на­чало схватывания 2 мин и конец схватывания 15 мин); Б - нормально схватывающийся (соответственно 6 мин и 30 мин); В - медленносхватывающийся (начало схва­тывания не ранее 20 мин с момента затворения гипсо­вого теста).

Быстрое схватывание гипса затрудняет работу, по­этому в случае необходимости к гипсу добавляют замед­лители схватывания (животный клей, сульфитно-дрож­жевую бражку - СДБ) в количестве 0,1-0,3% по мас­се гипса. При производстве гипсобетонных изделий мо­жет возникнуть необходимость в ускорении схватывания гипса, тогда к нему добавляют в небольшом количестве природный двуводный гипс и поваренную соль.

Прочность гипса характеризуется пределом прочности при сжатии образцов - балочек размером 40х40х160 мм из гипсового теста нормальной густоты, испытанных через 1,5 ч после изготовления.

По пределу прочности при сжатии установлено 12 марок гипса: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25, при этом минимальный предел прочности при изгибе для каждой марки должен соот­ветствовать значению соответственно от 1,2 до 8 МПа.