Гипсовые вяжущие вещества

Гипсовыми вяжущими веществами называют материалы, состоящие из полуводного гипса или ангидрита и получаемые путем тепловой обработки тонкоизмельченного исходного сырья.

Низкообжиговые гипсовые вяжущие получают при нагревании двуводного гипса CaS042H20 при 150—160 °С переводом его в полу- водный гипс CaS04- 0,5Н2О.

Высокообжиговые (ангидритовые) вяжущие получают обжигом CaS042H20 до 700—1000 °С с полной потерей воды и образованием безводного ангидрита CaS04.

К низкообжиговым гипсовым вяжущим веществам относят формовочный строительный и высокопрочный гипс, а также гипсовые вяжущие из гипсосодержащих материалов, к высокообжиговым — ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент) и высокообжиговый эстрих-гипс.

Производство строительного гипса состоит из измельчения природного гипсового камня в тонкий порошок и последующей тепловой обработки при 110—180 °С в варочных котлах. Иногда осуществляют совместный помол и обжиг гипсового камня в шаровых мельницах. При обжиге гипс отщепляет 3/4 своей кристаллизационной воды и переходит в метастабильный полугидрат по реакции

При затворении полуводного гипса водой образуется пластичное тесто, которое быстро загустевает и переходит в камневидное состояние. Реакция гидратации происходит с заметным разогреванием по схеме

Согласно теории А.А. Байкова процесс твердения можно разделить на три периода. В первый период, начинающийся с момента смешивания гипса с водой, полуводный гипс растворяется, одновременно гидратируется, присоединяя 1,5 молекулы воды и превращаясь в двуводный гипс. Так как двуводный гипс значительно менее растворим, чем полуводный (растворимость CaS04 • 2Н20 — 0,015 моль/л, a CaS04 • 0,5Н2О — 0,06 моль/л при 20 °С), то образовавшийся вначале насыщенный раствор CaS04 • 0,5Н2О становится пересыщенным по отношению к двуводному гипсу, и тот выпадает из раствора в виде зародышей двугидрата, не связанных между собой. Консистенция смеси остается жидкой. Гидратация гипсового вяжущего представляет собой непрерывный совместный процесс растворения полугидрата и выкристаллизации из него двугидрата кальция.

Во втором периоде вода взаимодействует с полуводным гипсом с прямым присоединением ее к твердому веществу. Выделяющиеся мельчайшие кристаллические частички CaS04 • 2Н20 приводят к образованию коллоидной массы — геля. При этом происходит схватывание массы.

Поскольку отдельные кристаллы срастаются друг с другом не- идеально (с зазорами), внешний объем в начальный период роста кристаллов увеличивается. Между продуктами гидратации образуются межкристаллитные контакты. Формируется трехмерная решетка из кристаллического дигидрата, что сопровождается твердением и повышением прочности гипсовой смеси. По мере срастания и переплетения (свойлачивания) кристаллов дигидрата и возникновения межмолекулярных связей гипсовая смесь постепенно превращается в затвердевшее камневидное тело.

На третьей стадии в затвердевшем, но еще влажном гипсе протекают процессы перекристаллизации. Это связано с растворением части вещества в межкристаллических контактах, которые из-за формы и размеров термодинамически неустойчивы и имеют большую растворимость, чем кристаллический каркас в целом. Образующийся раствор способствует росту наиболее крупных кристаллов дигидрата кальция. Этот процесс ускоряется при повышении температуры, но температура не должна превышать 65 °С во избежание обратной дегидратации CaS04 • 2Н20.

Структура затвердевшего гипса относительно однородна с пористостью, обусловленной повышенным количеством воды затворения, необходимой для придания гипсовому раствору заданной подвижности. Дальнейшую прочность гипс набирает вследствие высыхания твердеющей массы и более полной кристаллизации при этом.

Быстрое схватывание гипса затрудняет работу, поэтому при необходимости к гипсу добавляют замедлители схватывания (животный клей, сульфитно-дрожжевую бражку — СДБ, ЛСТ) 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 NaCl.

Водостойкость гипса повышают введением молотого гранулированного доменного шлака, а также покрытием его поверхности различными составами, образующими водонепроницаемые пленки.

Строительный гипс применяют для производства перегородочных плит и панелей, гипсокартонных листов, вентиляционных коробов и других изделий, эксплуатиемых при относительной влажности воздуха не более 60%.

При твердении гипс расширяется в объеме до 1%, благодаря чему смеси из него хорошо заполняют форму и передают ее очертания. При высыхании гипсовых изделий трещин не образуется, что позволяет применять его без заполнителей. Эти качества гипса широко используются для лепки, получения изделий малых архитектурных форм, в ортопедии.

Ангидритовое вяжущее получают обжигом двуводного гипса до 600-700 °С с последующим его измельчением и добавлением различных катализаторов твердения (извести, доломита, Na2S04 и FeS04), ибо пережженный безводный CaS04 (ангидрит) не способен схватываться и переходить в гипс. Если гипс или ангидрит нагреть выше 1000 °С, то они начинают выделять триоксид серы S03: CaS04 = = CaO + S03.

Получающийся продукт (твердый раствор СаО в CaS04) отличается способностью поглощать воду. При затворении небольшим количеством воды он скорее, чем раствор из извести и песка, образует очень твердую, плотную массу, устойчивую к выветриванию. Это так называемый высокообжиговый эстрих-гипс, разновидность ангидритовых цементов, который был известен еще древним египтянам. Изделия из высокообжигового гипса довольно водостойки и прочны, это мозаичные полы, искусственный мрамор, формы для керамических изделий и т.д.

Магнезиальные вяжущие вещества

Магнезиальные вяжущие представляют собой тонкомолотые порошки, содержащие оксид магния и твердеющие при затворении водными растворами хлористого или сернокислого магния. В зависимости от применяемого сырья магнезиальные вяжущие вещества разделяют на два вида — каустический магнезит и каустический доломит.

Каустический магнезит получают обжигом горной породы магнезита (MgC03) при тем пературе 700-800 °С с последующим измельчением продукта обжига в тонкий порошок. Магнезит разлагается по реакции

Готовое вяжущее упаковывают в стальные барабаны или бумажные мешки и направляют к месту применения. Из-за высокой гигроскопичности каустический магнезит не подлежит длительному хранению. При использовании его затворяют концентрированными растворами MgCl2 или MgS04. И получившееся тесто через несколько часов твердеет, образуя так называемый магнезиальный цемент (цемент Сореля), причем происходит соединение MgO и MgCl2 с образованием основных хлоридов магния по реакции

Полученная основная соль полимеризуется в цепи типа

на концах которой находятся атомы хлора или группы ОН-. Цемент Сореля является неорганическим полимером.

Каустический доломит — порошок, получаемый обжигом природного доломита с последующим измельчением и содержащий оксид магния и СаСОэ. Последний с температурой разложения значительно выше 700—800 °С в каустическом доломите является балластом, из-за этого качество каустического доломита значительно ниже, чем каустического магнезита.

Магнезиальные вяжущие вещества обладают способностью прочно сцепляться с древесными опилками, стружками, отходами пробкового производства и другими органическими заполнителями, которые в изделиях не подвергаются разложению и загниванию. Эти вяжущие применяют для изготовления теплоизоляционных материалов (фибролита и др.), устройства теплых и износостойких ксилолитовых полов, ступеней, плиток, в абразивной промышленности (точильные круги).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >