Гипсовые вяжущие

Гипсовыми вяжущими называют вещества, состоящие преимущественно из полуводного гипса или ангидрида и полученные обжигом и помолом сырья (двуводного гипса или ангидрита).

Гипсовые вяжущие были, по-видимому, первыми искусственными вяжущими веществами, полученными и использованными человеком. Высокообжиговый («гидравлический») гипс применен при строительстве пирамиды Хеопса, а позднее, вплоть до ХIХ в., он широко применялся в Италии и Германии для строительства замков и церквей.

В зависимости от температуры обжига сырья гипсовые вяжущие вещества разделяются на 2 группы: низкообжиговые и высокообжиговые.

Низкообжиговые гипсовые вяжущие получают обжигом сырья при температуре не выше 160⁰С. Они состоят преимущественно из полуводного сульфата кальция СаSО₄ × 0,5Н₂О. К ним относятся: строительный, формовочный и технический (высокопрочный) гипсы.

Высокообжиговые гипсовые вяжущие обычно получают обжигом сырья при температуре выше 400⁰С. они состоят преимущественно из нерастворимого ангидрита СаSО₄. К этой группе относятся: ангидритовые вяжущие и высокообжиговый гипс.

Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества по объему производства и применения в строительстве занимают третье место после портландцемента и строительной извести.

Высокообжиговые гипсовые вяжущие выпускаются в небольшом количестве, они относятся к местным вяжущим веществам.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих являются осадочные горные породы (гипс и ангидрит), а также промышленные отходы (фосфогипс, борогипс и др.).

Гипс или гипсовый камень состоит в основном из минерала гипса СаSО₄ × 2Н₂О, его плотность 2,2¸2,4 г/см³.

По структуре различают: кристаллический прозрачный гипс, гипсовый шпат, тонковолокнистый гипс (селенит) и зернисто-кристаллический гипс. Гипсовые породы могут содержать примеси: кварц, карбонаты кальция и магния, породообразующие минералы и др.

Ангидрит – осадочная горная порода, состоящая преимущественно из безводного СаSО₄. Плотность – 2,9¸3,1 г/см³. Встречается сравнительно редко. Ангидрид содержит переменное количество двуводного гипса, образующегося при взаимодействии СаSО₄ с находящейся в горной породе водой.

Кроме двуводного гипса и ангидрита существует еще несколько модификаций сульфата кальция, которые получают нагреванием двуводного гипса.

При обработке двуводного гипса в среде насыщенного водяного пара и в воде при температуре выше 100⁰С (в промышленных условиях при 125⁰С и выше), а также в растворах некоторых солей выделяется 1,5 моля воды на моль гипса:

СаSО₄ × 2Н₂О® СаSО₄ × 0,5Н₂О+1,5 Н₂О.

В этих условиях кристаллы полуводного гипса образуются за счет растворения двуводного гипса в воде, возникновения и роста зародышей из пересыщенного раствора. Сравнительно невысокая скорость дегидратации и роста кристаллов приводит к образованию плотных кристаллов полуводного гипса с высокой степенью совершенства кристаллической решетки в виде крупных игл или призм с плотностью g=2,70¸2,75 г/см³. Полугидрат, полученный дегидратацией в среде насыщенного водяного пара и в воде, получил название a-модификации полуводного гипса.

Термообработка двуводного гипса при температуре 150¸170⁰С в открытых аппаратах приводит к выделению химически связанной воды по реакции (1), но в парообразном состоянии. Процесс дегидратации протекает с высокой скоростью, при этом образуются пористые частицы полуводного гипса – кристаллы полугидрата со сравнительно высокой концентрацией дефектов кристаллической решетки.

Полуводный гипс, полученный термообработкой в открытых аппаратах при выделении химически связанной воды в парообразном состоянии, получил название b-модификации.

Следовательно, a и b-формы полуводного гипса, различаются степенью совершенства кристаллической решетки, причем b-форма имеет больший объем микропор и дефектов и характеризуется большей удельной поверхностью.

При температуре 170¸210⁰С полуводный гипс теряет воду и переходит в обезвоженный полугидрат a и b-модификации):

2(СаSО₄ × 0,5Н₂О) ® 2СаSО₄ × Н₂О

При этом строение кристаллической решетки не изменяется. При охлаждении обезвоженный полугидрат сравнительно быстро гидратируется парами воды воздуха и переходи в полугидрат.

При температуре 220¸360⁰С изменяется строение кристаллической решетки обезвоженного полугидрата, и он переходит в растворимый ангидрит. Его образование при производств строительного гипса нежелательно, так как повышается водопотребность вяжущего и ускоряется схватывание.

При температуре 400¸800⁰С растворимый ангидрит переходит в нерастворимый. Последний очень медленно схватывается и твердеет, его плотность 2,9¸3,1 г/см³, растворимость в воде при 20⁰С – 2,05 г/л.

При нагревании гипса до 800¸1000⁰С СаSО₄ частично разлагается по реакции

2СаSО₄®2СаО+ 2SО₂+О₂

Образуется продукт, состоящий из СаSО₄ и 2¸4% СаО, который обладает вяжущими свойствами, медленно схватывается и твердеет.

При тепловой обработке сырья из-за неравномерного нагревания обычно получают гипсовые вяжущие, содержащие различные модификации сульфата кальция. Например, строительный гипс, состоящий в основном из полугидрата, может содержать некоторое количество растворимого и нерастворимого ангидритов.

Поиск по сайту: