Что такое водопотребность гипса
Свойства строительного гипса и его применение в строительстве (высокопрочный гипс, формовочный гипс, медицинский гипс).
Водопотребность гипсовых вяжущих зависит от способа их получения, формы и размеров кристаллов и плотности кристаллических сростков, тонкости помола, наличия примесей и введенных добавок, температуры гипса и воды затворения и т.д. Количество воды, необходимой для получения теста нормальной густоты, обычно колеблется в пределах 50-80% для строительного гипса и 35-45% для высокопрочного. Водопотребность может быть снижена за счет добавки сульфитно-спиртовой барды, смеси извести с глюкозой, мелассы, декстрина и ряда других веществ. Для гидратации полуводного гипса и превращения его в двуводный необходимо 18,6% воды от веса полуводного гипса.
Избыточное количество воды остается в порах затвердевшего материала, а затем испаряется. В результате пористость затвердевшего строительного гипса составляет примерно 50-60%. Чем меньше воды было взято для затворения, тем плотнее получается гипсовое изделие и тем больше его прочность.
Высокопрочный гипс отличается от обычного более крупными кристаллами не волокнистого строения и потому обладает меньшей водопотребностью. Особенностью высокопрочного гипса является также мономинеральность его структуры. Уменьшение водопотребности и вызываемое этим повышение прочности гипса имеет значение для литых изделий. Если же применяется масса жесткой консистенции например при изготовлении изделий путем вибрирования, то количество воды, необходимое для получения из обычного и высокопрочного гипса теста нужной консистенции примерно равно и получаемые изделия имеют почти одинаковую прочность. Недостаток высокопрочного гипса — повышенная ею ползучесть, т. е. появление неупругих деформаций при длительном выдерживании под нагрузкой. Высокопрочный гипс используется в настоящее время главным образом для изготовления различных форм и некоторых других целей.
Начало схватывания для обоих сортов строительного гипса должно наступать не ранее 4 мин, а конец схватывания не ранее 6 мин и не позднее 30 мин после начала затворения гипсового теста. От начала затворения гипсового теста до конца кристаллизации гипса должно пройти не менее 12 мин. За конец кристаллизации принимается момент, когда повысившаяся вначале температура твердеющего гипсового теста начинает понижаться.
Тонкость помола строительного гипса по сравнению с другими вяжущими веществами сравнительно невысока. Более тонкий помол, правда, повышает скорость гидратация гипса, но одновременно увеличивает и его водопотребность.
Учитывая, что строительный гипс испытывается в растворе 1:0 (без песка), следует отметить, что прочность гипса значительно меньше прочности цемента. Однако она вполне достаточна для тех изделий, для изготовления которых гипс в основном и применяется.
Повысить прочность строительного гипса можно, добавив к нему известь (около 5%). Ее положительное влияние объясняется главным образом каталитическим действием на ангидрит, некоторое количество которого содержится обычно в строительном гипсе. Возможно связывание гипса и извести в тонко дисперсные комплексные новообразования. Негашеную известь можно добавлять непосредственно в варочный котел, где подвергаясь гидратации и выделяя тепло, она, кроме того быстро подопревает загруженный гипсовый порошок, что ускоряет процесс варки.
Повышает прочность строительного гипса и добавка 0.2-0,5% сульфитно-спиртовой барды, которая уменьшает водопотребность, а также повышает растворимость полугидрата и понижает растворимость двугидрата. При этом изменяется процесс кристаллизации, что выражается в улучшении гранулометрического состава образующихся при твердении кристаллов двугидрата, в результате чего упаковка двугидрата в единице объема получается более плотной.
При твердении строительного гипса наблюдается небольшое увеличение объема схватившейся массы по сравнению с объемом смеси гипса с водой. Это объясняется ростом кристаллов двуводного гипса и увеличением объема пор. Указанное выше свойство гипса используется при производстве различных изделий, отливаемых из него в формы. Гипс хорошо заполняет все детали форм.
Понижение и повышение температуры вредно отражаются на прочности затвердевшего гипса.
Строительный гипс белого цвета, он быстро твердеет. Гипсовые растворы отличаются недостаточной пластичностью и водоудерживающей способностью, что вызывает необходимость введения пластифицирующих добавок, главным образом извести и глины. Строительный гипс можно применять в чистом виде без заполнителей, так как при его высыхании трещины не образуются.
Строительный гипс – воздушное вяжущее вещество. Его нельзя использовать для сооружений, находящихся в воде, так как в ней растворяется образующийся при твердении двуводный гипс и разрушается кристаллический сросток. При последующем высушивании гипса прочность его снова восстанавливается. Причиной малой водостойкости гипсовых изделий является и расклеивающее действие водных пленок, разъединяющих отдельные элементы кристаллической структуры затвердевшего гипса. Гипсовые изделия, защищенные от действия атмосферных осадков и сырости, долговечны. Для прочности и водостойкости строительного гипса можно добавлять к нему смесь декстрина и растворимого стекла. Повышает водостойкость и добавка к гипсу небольших количеств сульфитно-спиртовой барды и ее производных, а также ряда гидрофобных органических веществ (олеиновая кислота, мылонафт, и др.). Положительное влияние на водостойкость гипса оказывает добавка молотого гранулированного доменного шлака, извести, смеси извести или цемента с гидравлическими добавками, глины и других материалов. Повышает водостойкость и введение в гипсовый порошок кремнийорганических соединений или пропитка ими гипсовых изделий.
Практически водостойкость затвердевшего гипса чаще всего повышают за счет предложенных А. В. Волженским добавок цемента или гранулированного шлака совместно с активными гидравлическими добавками.
Строительный гипс применяется главным образом для производства гипсовых и гипсобетонных строительных изделий, применяемых для внутренней части зданий (сухой штукатурки, перегородочных плит и панелей и ряда других), а также для изготовления известково-гипсовых штукатурных растворов для внутренних стен зданий.
В известково-гипсовых штукатурных растворах на одну объемную часть гипса берут от одной до пяти объемных частей известкового теста, которое замедляет схватывание и увеличивает пластичность раствора. Для уменьшения расхода вяжущего и во избежание вызываемого известью растрескивания к смеси гипса и извести добавляют до трех объемных частей песка или другого заполнителя (шлака, пемзы, опилок и т.п.). Вводить чрезмерное большое количество заполнителей не рекомендуется, так как строительный гипс плохо сцепляется с наполнителями. Что понижает прочность изделий и, кроме того, в случае применения тяжелых заполнителей увеличивает их вес. Строительный гипс модно применять для штукатурки и без добавок извести, однако тогда необходимо вводить замедлители схватывания.
Известково-гипсовые растворы отличаются от известковых более быстрым твердением и большей прочностью, а от гипсовых – большей пластичностью и более медленным схватыванием.
Строительный гипс используют для изготовления искусственного мрамора и производства некоторых красок и мелков, а также для фиксации стеклоизделий при их полировке, например при производстве зеркального и оптического стекла. В смеси с асбестом и другими материалами гипс входит в состав теплоизоляционных композиций.
Водопотребность гипсовых вяжущих
Водопотребность гипсового вяжущего определяется количеством воды (в процентах от массы вяжущего), необходимым для получения гипсового теста стандартной консистенции.
Теоретически для гидратации полуводного гипса требуется 18,6% воды от массы гипсового вяжущего, Практически для получения удобоформуемой пластичной смеси строительный гипс требует 50. 70% воды, а высокопрочный — 30. 40%. Избыточная вода испаряется, образуя поры, поэтому гипсовые изделия имеют высокую пористость.
Практическая часть
2.Определение тонкости помола гипса
Тонкость помола характеризует степень дисперсности гипса и определяется массой гипса (в процентах от пробы), оставшейся при просеивании на сите № 02. (т.е. размер ячейки сита составляет 0,2 мм).
Тонкость помола гипса зависит от способа производства материала и типа помольного агрегата. Ее можно регулировать в широких пределах.
Грубые частицы ( d >0,2 мм) обладают незначительными вяжущими свойствами и представляют собой скорее мелкий заполнитель, поэтому количество их должно быть ограничено.
Большое значение имеет величина частиц, проходящих через сито № 02. Чем мельче эти частицы, тем меньше расходуется гипса для получения 1 м 3 гипсобетона определенной прочности.
Таким образом, прочность затвердевшего гипса при прочих равных условиях зависит от дисперсности порошка гипса.
Ход выполнения работы
1) Взвесить 50 г. гипса предварительно высушенного в сушильном шкафу при температуре 105-110 0 С в течение 1 ч.
2) Взвесить пустое сито с размером ячейки 0,2 мм.
3) Высыпать навеску гипса на сито. Сито закрыть крышкой и произвести просеивание механическим способом (30 сек.) или вручную (5 минут).
4) Взвесить сито с остатком гипса.
5) Тонкость помола гипса определить по формуле:
,Заполнить строку 1 итоговой таблицы 4.6.
6) Определить группу гипса по степени помола в таблице 4.2. Заполнить строку 2 итоговой таблицы 4.6.
3.Определение нормальной густоты гипсового теста
Нормальной густотой гипсового теста называется такая густота теста, при испытании которого на приборе Суттарда получают расплыв (лепешку) диаметром 12см.
Ход выполнения работы
1) Ознакомиться с устройством вискозиметра Суттарда (рисунок 4.1).
3) Заполнить цилиндр, установленный в центре диска гипсовом тестом, Излишек срезать ножом.
5) Измерить диаметр расплыва гипсового теста линейкой. Если диаметр гипсовой лепешки не соответствует 120 ± 5 мм, то испытание повторить, уменьшая или увеличивая количество воды затворения.
Заполнить строку 3 итоговой таблицы 4.6.
6) Определить нормальную густоту гипсового теста по формуле:
,
Заполнить строку 4 итоговой таблицы 4.6.
Нормальную густоту гипсового теста выражают числом кубических сантиметров воды, приходящихся на 100 г. гипса. Нормальную густоту гипсового теста определяют с помощью стандартного вискозиметра Суттарда. Вискозиметр состоит из отполированного цилиндра с внутренним диаметром 50 мм и высотой 100 мм и диска с нанесенными на него концентрическими окружностями диаметром от 60 до 200 мм. Перед испытанием полость цилиндра и поверхность диска смачивают водой. Ход испытания смотри ниже.
Свойства, получение, применение строительного гипса
История гипса
Гипс образовался в результате испарения древнего океана около 150-200 миллионов лет назад. В природе он встречается в виде гипсового камня, который расположен в недрах земли.
Археологи находят строения из гипса на территориях современного Египта, Израиля, Малой Азии. Известно, что люди знали о его существовании и умело использовали еще во времена строительства древнеегипетских пирамид. Из Египта секреты производства гипса распространились на остров Крит, а оттуда в Древнюю Грецию – величайшую строительную империю.
На Крите наружные стены дворца царя Кносса были выполнены из гипсового камня, а швы заполнены раствором из гипса. Вскоре производство гипса появилось и в Древнем Риме. По мере завоевания Римской Империей стран Европы распространялась и информация о применении гипса в строительстве, отделке и изготовлении предметов быта. Однако после падения империи были утеряны все секреты его производства. Оно вновь было возобновлено только в 11 веке уже нашей эры. Удивительно, но древние гипсовые стяжки и кладки имели необыкновенную прочность, твердость и долговечность, сравнимую с современным бетоном. Секрет заключался в том, что наполнители и вяжущие были выполнены из одинакового по составу материала. Тонкость помола и невероятно низкое соотношение воды к гипсу (всего 0,4!) – еще одна причина высокой прочности древних строений из гипса.
В наше время плотность гипса и его прочность абсолютно другая, гораздо ниже, чем в древности.
Разновидности гипса
Гипс – это первое вяжущее вещество, полученное человеком. Строительное минеральное вяжущее – это порошкообразное вещество, которое после смешивания с водой превращается в пластичную, гибкую массу и постепенно застывает до каменного состояния.
Основу любого строительства составляют вяжущие вещества. Они используются для производства строительных растворов, изготовления плит.
Гипсовое вяжущее – это искусственно полученное вяжущее путем обжига. Оно состоит из полуводного гипса, который при термообработке (105-200°С) превращается в двуводный:
Строительный гипс может быть как природного, так и промышленного происхождения.
Его получают как из природного гипсового камня, так и из химических отходов. Смысл операции заключается в исключении воды (дегидратации) из гипсового состава при повышении температуры. Человечество открыло этот нехитрый способ получения около 20 тысяч лет назад. Люди заметили, что после обжига гипс превращался в порошок, а затем после дождя вновь трансформировался в камень.
По способу получения гипс бывает α или β-модификации.
Для очищения и получения высокопрочного гипса α-модификации сырье нагревают в автоклавах без доступа воздуха под давлением при температуре 95-130°, вода удаляется капельным путем. Полученный полуводный гипс отличается высокой прочностью и качеством. Однако дороговизна и сложность его получения сказывается на его себестоимости.
Гипс β-модификации получают в открытых печах при более высоких температурах 150-180°С. Двуводный гипс нагревают, вода превращается в пар и при выходе из сырья образует огромное количество мельчайших пор, которые значительно ухудшают его качество. Измельченный гипс β-модификации называют строительным или алебастром. Формовочным называется гипс β-модификации более тонкого помола, медицинским – из хорошего чистого сырья с мелким помолом.
Разница между гипсом альфа и бета модификации состоит только в способе производства и полученном результате.
Алебастр – это разновидность природного зернистого гипса с более мелким строением зерна. Алебастр относят к строительному гипсу, однако нельзя любой зернистый гипс считать алебастром.
Алебастр – это быстротвердеющий вяжущий материал, в составе которого полуводный сульфат кальция CaSO4 • 0,5Н2О. Он относится к гипсу β-модификации, поскольку производится в открытых печах.
Ангидрит – это безводный гипс природного происхождения. Он отличается длительным схватыванием и твердением, в его составе безводный сульфат кальция CaSO₄ и активатор твердения CaO.
Эстрих-гипс получают путем обжига природного гипсового камня при t°=800-950°С. Дополнительным веществом при его диссоциации является оксид кальция CaO, который выступает активизатором затвердения ангидрита.
В результате обжига получают двуводный гипс, который обладает улучшенными свойствами по сравнению с обычным:
— Пониженная водопотребность 30-35% против обычных 50-60%;
— Длительные срок схватывания: начало не ранее 2 часов;
— Высочайшая прочность 10-20 МПа через 28 суток.
На рубеже XIX-XX вв. эстрих-гипс применяли для получения основания под чистый пол, кладочных работ, производства искусственного мрамора.
Гипсовые вяжущие – это вещества на основе полуводного гипса или ангидрита, которые называются воздушными вяжущими.
Их делят на три группы в зависимости от способа производства:
Представители I и II групп являются невлагостойкими (НГВ), основная часть представителей III группы относится к влагостойким вяжущим (ВГВ).
В свою очередь, вяжущие, получаемые путем термообработки, делят на низкообжиговые и высокообжиговые.
К первым относятся вещества, получаемые при t°=120-180°C:
строительный гипс, включая алебастр, формовочный, высокопрочный, медицинский гипс. Они обладают невысокой прочностью и быстрой схватываемостью.
К высокообжиговым относятся вяжущие, полученные при t°=600-900°С:
ангидритовый цемент, эстрих-гипс и отделочный цемент. Они отличаются высокой плотностью, прочностью и медленным твердением.
Свойства строительного гипса
Гипс обладает большим набором свойств, по которым его можно классифицировать.
Степень помола
Степень помола – одна из важнейших характеристик для классификации гипса. Она бывает трех видов, ее определяют по % соотношению остатка после просеивания через сито, размер ячеек которого равен 0,2 мм.
| Степень помола | Индекс степени | Max остаток на сите, не более % |
| Грубый | I | 23 |
| Средний | II | 14 |
| Тонкий | III | 2 |
Прочность на сжатие и изгиб
| Марка | Min предел при сжатии | Min предел при изгибе |
| Г-2 | ;2(20) | 1,2(12) |
| Г-3 | 3(30) | 1,8(18) |
| Г-4 | 4(40) | 2,0(20) |
| Г-5 | 5(50) | 2,5(25) |
| Г-6 | 6(60) | 3,0(30) |
| Г-7 | 7(70) | 3,5(35) |
| Г-10 | 10(100) | 4,5(45) |
| Г-13 | 13(130) | 5,5(55) |
| Г-16 | 16(160) | 6,0(60) |
| Г-19 | 19(190) | 6,5(65) |
| Г-22 | 22(220) | 7,0(70) |
| Г-25 | 25(250) | 8,0(80) |
Водопотребность гипса
Важнейший показатель «прочность» гипса зависит от его водопотребности (соотношение массы воды к массе вяжущего) при его производстве, которая выражается в процентном соотношении. Для получения стандартной консистенции (нормальной густоты) гипсового вяжущего методом литья при формировании изделий из гипса используют 60-80% воды к массе строительного/формовочного и 35-45% к массе высокопрочного гипса.
Для получения гипсового вяжущего β-модификации требуется 18,6% воды. Излишки воды образуют мельчайшие поры в полученном составе. После затвердения массы вода испаряется, а оставшиеся поры в гипсовых изделиях составляют 50-60% от общего объема. Пористость гипса значительно ухудшает его свойства, уменьшает прочность, поэтому нужно стремиться к тому, чтобы уменьшить количество воды при затворении гипса.
Для сокращения водопотребности массы в ее состав добавляют пластификаторы (разжижители), которые улучшают пластичность и подвижность вяжущего, оставляя прочностные характеристики без изменений. Перечислим самые известные пластификаторы: глюкоза, меласса, декстрин, двууглекислая сода, глауберова соль, сульфитно-спиртовая барда и др. Полученные материалы называют гипсополимеры. Из них, например, производят кирпич в стиле лофт (гипсовую плитку), широкий ассортимент которой представлен в нашем интернет-магазине. Здесь вы сможете выбрать и купить гипсовый кирпич и панели 3D из гипса.
0,1% раствор хлорида кальция при варке гипсового камня благоприятно сказывается на его свойствах, сокращая водопотребность и увеличивая скорость схватывания гипса.
Гипсовые вяжущие не стоит долго хранить на открытом воздухе, поскольку их качественные характеристики значительно меняются. Потеря водопотребности ведет к их искусственному состариванию, что искажает результаты стандартных проверок.
Иногда для сокращения водопотребности и увеличения гибкости и прочности теста инициируют пароувлажнение не более 5% воды от общей массы. Однако не следует злоупотреблять и держать гипсовые вяжущие вблизи паров более 3 месяцев, поскольку это ведет к потере его свойств.
Горючесть
Гипсовые изделия не горят, не поддерживают горение, тормозят нагревание в силу присутствия пор, а при высоких температурах еще и выделяют воду.
Морозостойкость
Гипсовое вяжущее выдерживает более 15-20 циклов замораживания-размораживания.
Армирование
Дерево и его производные отлично сцепляются с гипсом и служат надежной арматурой, в отличие от металла, который подвергается сильной коррозии в нейтральной среде из-за способности гипса впитывать влагу.
Схватывание гипса
Температура воды также влияет на скорость схватывания. Рекомендуется применять холодную воду для более быстрого затвердевания массы.
Для замедления процесса затвердевания применяют различные компоненты: борную кислоту, буру, столярный клей, сульфитноспиртовую барду (ССБ), технический лигносульфонат (ЛСТ), полимерные дисперсии, кератиновый замедлитель.
Реакция твердения гипса
Реакция превращения пластичной массы из гипса в твердое состояние состоит из перехода полуводного гипса в двуводный:
После смешения полуводного гипса с водой он растворяется, образуя раствор, и молниеносно гидратируется. Двуводный гипс превращается в осадок, а молекулы полуводного гипса продолжают реакцию растворения и превращения в двуводный и т.д. По окончании реакции через 1-2 часа ее результатом становится получение кристаллического отростка из молекул двуводного гипса. Значительную часть в составе полученных кристаллов составляет вода, которая после высыхания испаряется, а затвердевший гипс становится прочнее в 1,5-2 раза.
Главная причина наличия свободной воды в твердом гипсе заключается в том, что для его гидратации требуется всего 20% воды, а для получения гипсового теста 50-60%. Эта разница в 30-40% воды – головная боль производителей. Именно оставшаяся влага образует поры в полученном гипсе, а излишняя пористость изменяет его свойства в худшую сторону.
Методика получения α-модификации частично решило эту проблему, поскольку водопотребность полученного гипса снизилась и составила 30-40%. Полуводный гипс α-модификации относится к высокопрочному, он менее пористый, более твердый и имеет пониженную водопотребность. Но из-за дороговизны и сложности его получения широкое распространение он не получил.
Производство строительного гипса
В качестве сырья для производства строительного гипса используют либо природный гипсовый камень, либо гипсовые отходы химической промышленности.
Природный гипсовый камень имеет формулу Ca₂SO₄*2H₂O (двуводный гипс) плюс примеси: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃. Он имеет 4 сорта в зависимости от содержания сульфата кальция (Ca₂SO₄*2H₂O):
Промышленные отходы, содержащие гипс, также активно применяются для получения строительного гипса, например, фосфогипс, фторогипс, борогипс и др.
Ca5(PO4)3F + H2SO4 → H3PO4 + HF + CaSO4 * nH2O
Чтобы получить гипсовое вяжущее из сырья, первоначально нужно произвести его дегидратацию (отщепление молекул воды), которую мы уже подробно описали в получении α и β-модификаций.
Схематично это выглядит так:
Практически в промышленности используют более высокие температуры и в зависимости от условий и степени нагревания получают полуводный сульфат кальция α или β-модификаций, α и β- растворимый ангидрит, нерастворимый ангидрит.
Производители больше применяют полугидрат β-модификации, не смотря на большую его водопотребность и меньшую прочность. Это связано с более простой технологией и меньшей себестоимостью.
Формула получения полугидрата:
2(CaSO4 * 2H2O) => 2CaSO4 * H2O + 3H2O
Та же реакция, отраженная более условно:
CaSO4 * 2H2O => CaSO4 * 0,5H2O + 1,5H2O
Поскольку в реальности приходится использовать более высокие температуры, чем нужно для получения полугидрата, строительный гипс в своем составе имеет растворимый и нерастворимый ангидрит, что ведет к изменениям свойств гипса:
Пережженный строительный гипс со временем становится еще более качественным и прочным, а недожженный – наоборот: дольше схватывается, теряет прочность.
Содержание в строительном гипсе ангидрита растворимого и влажного гипса ускоряет процесс схватывания, потому что ангидрит мгновенно растворяется и становится двуводным, а сырой гипс превращается в сросток кристаллов.
Для получения строительного гипса применяют вращающиеся печи, варочные котлы (самый распространенный вариант), устройства для обжига и помола.
По видам операций процесс производства делится на несколько стадий:
Гипсовый камень подвергается дроблению на молотковой или щёковой дробилке;
Перемалывается и сушится в шахтной мельнице;
Нагревание в варочном котле или автоклаве;
Повторное перемалывание в шаровой мельнице.
Области применения гипса:
shop@lazarty.ru
 messengers | 8(901)5539542 |
г. Москва, МКАД, 95-й км, Ярославский тракт-терминал.
г. Сергиев Посад, Новоугличское шоссе, д. 73/B1.