Гипсовые вяжущие

Гипсовыми вяжущими веществами называют тонкомолотые материалы, состоящие из полуводного гипса (СаS0₄х0,5Н₂О) или ангидрита (СаS0₄). В качестве сырья используют природный каменный материал – гипс (СаS0₄х2Н₂О), представляющий собой осадочную породу, образовавшуюся примерно 100 – 200 млн. лет назад в результате испарения участков Мирового океана. Кроме этого в качестве дополнительного источника дешевого сырья служат такие отходы химической промышленности, как фосфогипс, борогипс. Получение гипсовых вяжущих основано на способности сырья – двуводного гипса СаS0₄х2Н₂О в процессе нагревания частично или полностьюотдавать кристаллизационную воду (дегидратировать) СаS0₄х2Н₂О = СаS0₄х0,5Н₂О+1,5Н₂О. По условию тепловой обработки, от которой в дальнейшем зависят свойства полученных веществ, гипсовые вяжущие подразделяют на низкообжиговые и высокообжиговые. К низкообжиговым относятся строительный и высокопрочный гипс. Строительный гипс, полученный путем «варки» сырья при температуре 140 – 160 °С, представляет собой мелкие пластинчатые кристаллы, требующие большого количества воды (В/Г от 0,5 до 0,7) для получения пластичного теста. В связи с тем, что в химической реакции участвует около 19 % воды, а 30 – 50 % в процессе твердения испаряется, гипсовый камень обладает высокой пористостью, легкостью, пониженной теплопроводностью и звукопоглощением. Максимальная прочность изделий не превышает 25 МПа. С целью снижения водопотребности и повышения прочности при изготовлении гипсовых изделий вводят добавки-пластификаторы, обеспечивающие заданную пластичность при уменьшении расхода воды на 20 %. Повысить прочность гипсовых изделий можно также за счет использования так называемого высокопрочного крупнокристаллического гипса, который получают путем обработки сырья в специальных автоклавах насыщенным паром при температуре 123 °С. Его водогипсовое отношение равно 0,3 – 0,4, следовательно свободной испаряющейся воды содержится значительно меньше и изделия получаются более плотные и прочные
(до 40 МПа).

Процесс твердения (гидратации) гипса проходит по следующей реакции: СаS0₄х0,5Н₂О+1,5Н₂О = СаS0₄х2Н₂О

Низкообжиговые гипсовые вяжущие характеризуются быстрым схватыванием и твердением, что сопровождается большим выделением тепла (до 122 кДж/кг). Начало схватывания, контролируемое по загустеванию гипсового теста нормальной густоты (НГ), должно наступать, согласно требованиям ГОСТ 125-79 (с изм.), для быстротвердеющего не ранее
2 мин (А), нормальнотвердеющего – 6 мин (Б) и медленнотвердеющего – 20 мин (В). Конец схватывания – образование искусственного камня, соответственно не позднее 15, 30 мин после затворения гипса водой и для медленнотвердеющего не нормируется.

В зависимости от применяемой технологии строительных работ на объекте или технологического процесса получения гипсовых изделий на заводе твердение замедляют или ускоряют путем введения специальных добавок. Качество гипса контролируют в лаборатории (ГОСТ 125-79) по следующим показателям: тонкости помола – остаток на сите 02 (не более 23 % – грубого (I), 14 % – среднего (II) и 2 % – тонкого (III) помола), нормальной густоте (НГ) или водопотребности гипсового теста для обеспечения заданной пластичности, срокам схватывания, пределу прочности на изгиб и сжатие. По последним показателям гипсу присуждают следующие марки: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. Число показывает предел прочности при сжатии в МПа образцов балочек размером 40х40х160 мм, отформованных из гипсового теста определенной пластичности (НГ) и твердеющих на воздухе в течение 2 часов. При этом предел прочности при изгибе должен составлять соответственно от 1,2 до
8 МПа. В условное обозначение гипсового вяжущего входят марка по прочности, индекс сроков твердения и степени помола. Например, Г-5АII – гипс с прочностью на сжатие не менее 5 МПа; сроками схватывания: начало до 6 мин и конец не позднее 15 мин; тонкостью помола до 14 %.

Особенностью полуводного гипса по сравнению с другими вяжущими является способность гипсового теста при твердении расширяться до 1 %. Так как увеличение объема происходит еще в незатвердевшей массе, то она хорошо уплотняется и заполняет форму. Это обеспечивает широкое применение гипса для отливки художественных изделий сложной конфигурации. Высокое содержание кристаллизационной воды позволило эффективно использовать гипсовые изделия и штукатурные растворы на его основе как огнезащитные средства. Большое значение, особенно в жилищном строительстве, имеет также способность гипсовых изделий при повышении влажности поглощать влагу, а при снижении отдавать в окружающую среду, регулируя тем самым микроклимат в помещении. Поэтому гипсовые крупноразмерные материалы в виде гипсокартонных или гипсоволокнистых листов широко используют в строительстве в качестве сухой штукатурки, которая крепится к стенам при помощи специальных мастик. Гипсокартонные листы представляют собой отделочный материал, изготовленный из строительного гипса, защищенного с двух сторон специальным картоном. Толщина листов составляет от 6,5 до 24,0 мм. В зависимости от свойств их подразделяют на обычные (ГКЛ), влагостойкие (ГКЛВ), с повышенной сопротивляемостью воздействию открытого пламени (ГКЛО) и влаго-, огнестойкие (ГКЛВО). Этот материал нашел широкое использование в качестве огнезащиты конструкций, при выполнении подвесных потолков и устройстве перегородок. Современные модульные перегородки, которые можно демонтировать и переносить в любое место помещения, состоят, в частности, из оцинкованного стального каркаса, по обе стороны которого расположены листы толщиной до 13 мм, соединенные алюминиевыми профилями. Листы выполнены из гипсокартона с виниловым покрытием (гипсовинил). Этот материал обладает декоративностью, легко моется, неогнеопасен поэтому его целесообразно применять для отделки коридоров, фойе, холлов. В гипсоволокнистых плитах, получаемых методом проката дисперсной арматурой, снижающей хрупкость изделий, служит равномерно распределенное в гипсовой массе растительное волокно: льнокостра или макулатура. Для внутренней отделки помещений выпускают листы с декоративным покрытием из поливинилхлоридных пленок, текстурной бумаги под мрамор, дерева или отделанные лакокрасочными составами. Их применение исключает «мокрый» процесс внутренней отделки – оштукатуривание, что позволяет значительно быстрее сдавать объекты в эксплуатацию.

Высокая пористость гипсовых изделий обеспечила их применение в качестве звукопоглощающих плит, регулирующих акустические свойства помещений. Путем введения полимерных пенообразующих добавок получают пенополимергипсовые («Тизол») и пеногипсоволокнистые плитные утеплители. Первый – производят по литьевой технологии с последующей сушкой в виде плит размером 600(750)х500(600)х50(100) мм, маркой по плотности 100, 200 и 300 кг/м³, прочностью от 0,8 до 4 кгс/см², теплопроводностью от 0,06 до 0,1 Вт/м·К и маркой по морозостойкости F50. Плиты имеют гидрофобное покрытие, их основное назначение – теплоизоляция стеновых панелей, перекрытий, покрытий и их огнезащита. Второй – получают из вспененной композиции, включающей гипсовое вяжущее, глину, базальтовое и стеклянное волокно, полимерные модифицирующие добавки и воду. Плиты обычные и гидрофобные в объеме выпускают в оболочке из нетканого полотна размером 3000х1200х40 мм, плотностью 150 кг/м³, прочностью 0,15 МПа и теплопроводностью 0,05 Вт/м·К для изготовления трехслойных металлических навесных панелей типа «сэндвич». В сочетании с древесными отходами и такими пористыми материалами, как керамзит получают крупноразмерные гипсобетонные блоки и панели для выполнения стационарных внутренних перегородок.

Важнейшими недостатками затвердевшего гипса являются значительные деформации под нагрузкой (ползучесть) и низкая водостойкость. Жесткость изделий повышают за счет армирования и введения недеформируемых прочных заполнителей (керамзита). Увеличить водостойкость можно за счет снижения В/Г, использования малопластичных (жестких) смесей, пропиткой изделий полимерными составами, введением в гипсовую массу гидрофобных (водоотталкивающих) добавок, шлифовкой и полировкой поверхности изделий. Одним из перспективных направлений является совместный помол гипса с цементом и шлаком – гипсоцементо-шлаковое вяжущее (ГЦШ) или цементом и пуццолановой добавкой (зола, опока) – гипсоцементопуццолановое вяжущее (ГЦП). И в том, и в другом случае получают смешанные вяжущие, медленно твердеющие исохраняющие прочность (10 – 15 МПа) во влажных условиях (коэффициент размягчения не менее 0,65). Изделия на их основе обладают пониженной морозо- и воздухостойкостью (ГЦП), поэтому в наземном строительстве их не применяют вследствие резких природных колебаний температурно-влажностных условий. Основное назначение – изготовление санитарно-технических кабин и монолитных полов в общественных зданиях, а также на предприятиях легкой промышленности.

Высокобжиговые вяжущие, прочность которых составляет от 5 до 20 МПа, медленно схватываются и твердеют, т. к. состоят преимущественно из безводного сульфата натрия, полученного обжигом сырья при температуре 600 – 1000 °С. К ним относятся ангидритовый цемент и эстрихгипс. Ангидритовый цемент можно получить или путем обжига природного двуводного гипса при температуре 600 – 700 °С до полного удаления воды и последующего помола совместно с катализаторами (известь, шлак), ускоряющими процесс гидратации, или непосредственным размолом природного безводного ангидрита с введением этих добавок. Во втором случае качество вяжущего хуже из-за наличия примесей.

Эстрихгипс представляет собой обожженный при температуре 900 – 1000 °С природный ангидрит. При такой высокой температуре часть ангидрита разлагается с выделением серного газа – SO₃. Таким образом, состав эстрихгипса представляет собой смесь СаSO₄ и СаО, играющую роль катализатора в процессе гидратации. Затвердевший эстрихгипс обладает высокой прочностью на истирание. Основное применение этих вяжущих: выполнение монолитных полов или в сочетании с плитами из горных по-род – мозаичных полов; изготовление путем введения пигментов полированных плит искусственного мрамора, применяемых для отделки пола и стен в зданиях общественного назначения; для получения штукатурных, кладочных растворов и легких бетонов.