Гіпсове в'язке речовина: характеристика, властивості, виробництво і застосування

Будівельні та інші матеріали з гіпсу використовуються в різних галузях народного господарства. Ними вже давно нікого не здивуєш. Але мало хто замислюється про те, що насправді являє собою гіпсове в'яжуче, що служить для нього сировиною і як воно виходить. А адже для виробництва всіх будівельних матеріалів (штукатурок, кладочних розчинів, штукатурних аркушів) і інших деталей необхідно спочатку підготувати сировину. Адже характеристики готового матеріалу у великій мірі залежать від якості використовуваної сировини.

Поняття і склад

В'яжуче із гіпсу являє собою повітряний матеріал, який складається здебільшого з двоводяного гіпсу. Склад гіпсу також доповнюють природний ангідрид і окремі відходи промисловості, до складу яких входить сірчистий кальцій. У цю ж групу також входять об'єднані речовини. У їх складі - напівводний гіпс, вапно, доменні шлаки, цемент. Сировиною для виробництва є гірські породи, що містять сульфати. ГОСТом визначено, що для виготовлення гіпсового в'яжучого може бути використаний тільки гіпсовий камінь (відповідає всім вимогам, які пред'являються до нього ГОСТом 4013) або фосфогіпс, також відповідає вимогам нормативних документів.

Характеристика гіпсових в'яжучих

Гіпсовий розчин необхідно використати до моменту його повного затвердіння. Не можна розмішувати його після того, як процес кристалізації вже почався. Перемішування викликає руйнування утворилися зв'язків між кристалами каркаса. З-за цього розчин втрачає свої в'яжучі здібності.


Вироби з гіпсу не є водостійкими. Але виробники матеріалу знайшли вихід з цієї ситуації. Вчені визначили, що різні добавки гіпсових в'яжучих дозволяють збільшити цей показник. Тому до складу матеріалу додають різні речовини: вапно, подрібнений доменний шлак, карбамідні смоли, органічні рідини, до складу яких входить кремній. Використання гіпсових матеріалів не вимагає застосування додаткових наповнювачів. Вони не дають усадку, тріщини на поверхні не з'являться. Гіпсові в'яжучі, навпаки, збільшуються в обсязі після повного затвердіння. В деяких ситуація додаються дерев'яні ошурки, багаття, пемза, керамзит та інші матеріали. Ще одна особливість – гіпсові матеріали прискорюють процес корозії чорних металів (цвяхів, арматури, дроту і так далі). Цей процес відбувається ще швидше у вологих умовах. В'яжуче із гіпсу швидко вбирає вологу і втрачають свою активність. Тому при зберіганні і транспортуванні необхідно дотримувати деякі правила. Матеріал може зберігатися тільки в сухому місці. Навіть при дотриманні цього правила, через три місяці зберігання матеріал втратить приблизно тридцять відсотків своєї активності. Перевозять матеріал навалом або ж запакованим в тару. При цьому важливо захистити його від сміття і вологи.

Виробництво

Для цього процесу необхідно виконати наступні процеси:

дроблення природного гіпсового речовини;

сушка сировини;

вплив температури.

Гіпсовий камінь подається в бункер, звідки він потрапляє в дробарку. Там відбувається його подрібнення на частини, розмір яких не перевищує чотирьох сантиметрів. Після дроблення матеріал по елеватору відправляється у витратний бункер. Звідти рівними частинами він надходить у млин. Там він підсушується і подрібнюється до меншої фракції. Сушка на даному етапі необхідна для прискорення і полегшення процесу дроблення матеріалу.
У млині порошок розігрівається до дев'яноста градусів. У такому стані він транспортується в гипсоварочний котел. Саме там і відбувається виділення води з речовини в процесі випалу. Цей процес починається з невисоких температур (близько вісімдесяти градусів). Але вода з матеріалу найкраще йде при температурному діапазоні від ста десяти до ста вісімдесяти градусів. Весь процес обробки температурою ділиться на два етапи. Спочатку протягом трьох годин матеріал витримують у варильному котлі. Там видаляється вода, і двуводний гіпс перетворюється в напівводний. Все це час гіпс помішується для однорідності нагрівання. По закінченні вказаного часу, речовина в розігрітому стані відправляється в так званий бункер томління. Він вже не підігрівається. Але за рахунок високої температури самого речовини там триває процес дегідратації. На це йде ще приблизно сорок хвилин. Після цього в'яжучі матеріали вважаються готовими. І їх відправляють на склад готової продукції.

Твердіння матеріалу

Твердіння гіпсових в'яжучих відбувається при змішуванні порошка з водою. При цьому утвориться пластична маса, яка протягом кількох хвилин твердне. З хімічної точки зору, відбувається процес, зворотний тому, що відбувався в процесі виробництва. Тільки він відбувається набагато швидше. Тобто напівводний гіпс приєднує воду, в результаті чого утворюється двуводное гіпсове речовина. Весь цей процес можна розділити на три етапи. На першому етапі полуводное гіпсове речовина розчиняється у воді з утворенням насиченого розчину двоводяного гіпсу. Двугидрат володіє високим показником розчинності. За рахунок цього дуже швидко відбувається процес перенасичення розчину. Як результат – випадання осаду, яким є двугидрат. Ці випали частинки склеюються між собою, тим самим починаючи процес схоплювання.
Наступний етап – кристалізація. Окремі кристали речовини по мірі зростання починають з'єднуватися і утворюють міцний каркас. По мірі висушування (видалення вологи) зв'язку між кристалами стають міцнішими.

Зміна швидкості схоплювання

Процес схоплювання можна прискорювати або, навпаки, уповільнювати за необхідності. Роблять це за допомогою добавок, які вводять в гіпсові в'яжучі. Види добавок, які прискорюють процес схоплювання:

речовини, які збільшують розчинність напівгідрату: сульфат натрію або калію, кухонна сіль та інші;

речовини, які реакції будуть центром кристалізації: солі фосфорної кислоти, подрібнений природний гіпс і так далі.

Найчастіше використовують подрібнений гіпсовий камінь. Його частки служать центрами кристалізації, навколо яких буде рости надалі кристал. Більшою ефективністю характеризується «вторинний» гіпс. Під ним розуміють гіпс, який вже проходить етап схоплювання і твердіння сірчистого кальцію. До такого виду можна віднести розбиті і подрібнені вироби. Уповільнюють процес схоплювання наступні речовини:

збільшують пластичність тіста: розчин столярного клею у воді, хвойний настій, вапняно-клейова емульсія, ЛСТ і так далі;

зростання кристалів перешкоджає плівка, яка утворюється на зернах напівводяного гіпсу під впливом таких речовин, як: бура, аміак, кератиновий сповільнювач, фосфати і борати лужних металів, ліловий спирт та інші.

Варто відзначити, що введення добавок що прискорюють процес негативно позначається на міцності гіпсу. Тому їх необхідно використовувати з обережністю і додавати в невеликих кількостях. Час схоплювання (твердіння) багато в чому залежить від якості вихідної сировини, часу та умов зберігання, температури, при якій відбувається процес з'єднання матеріалу з водою, і навіть часу перемішування розчину. Занадто короткий час схоплювання зазвичай пов'язують з наявністю в матеріалі часток двугидрата, які залишилися там після випалу. Час схоплювання також збільшиться, якщо гіпсове речовина буде розігріте приблизно до сорока п'яти градусів. Якщо температуру матеріалу збільшити ще сильніше, то процес, навпаки, уповільниться. Тривале перемішування гіпсової суміші призведе до прискорення процесу схоплювання.

Відмінності теорії і практики

Особливістю процесу твердіння є те, що гіпс, на відміну від інших в'яжучих, при затвердінні збільшується в об'ємі (до одного відсотка). За рахунок цього для гідратації напівводяного речовини необхідно приблизно в чотири рази більше води, ніж у теорії. В теорії води потрібно приблизно 186% від маси матеріалу. На практиці воду беруть для одержання розчину нормальної густоти в кількості до сімдесяти відсотків. Для визначення водопотребности матеріалу визначають обсяг води у відсотках від маси самого матеріалу, який необхідно додати для одержання розчину нормальної густоти (діаметр коржі 180+5 міліметрів). Ще одна відмінність практики полягає в те, що видалення зайвої води під час сушіння в матеріалі утворюються пори. За рахунок цього гіпсовий камінь втрачає свою міцність. Усувають цей момент додаткової сушкою. Вироби з гіпсу висушують при температурі, що не перевищує сімдесяти градусів. Якщо ще більше збільшити температуру, почнеться реакція дегідратації речовини.

Вплив температури на одержуване речовина

Для отримання гіпсового в'яжучого гіпсовий камінь піддають високим температур. В залежності від значення цієї температури, гіпсове речовина може бути двох видів:

Низкообжиговие, для виробництва яких обробка сировини відбувається під впливом температури від ста двадцяти до ста вісімдесяти градусів. Сировиною в даному випадку найчастіше є напівводний гіпс. Основною відмінністю даного матеріалу є висока швидкість затвердіння.

Високообжиговие (ангідридні), які утворюються в результаті дії високої температури (понад двохсот градусів). Твердне такий матеріал довше. На схоплювання також необхідно більше часу.

Кожна з цих груп, у свою чергу, має кілька різних матеріалів, що входять до неї.

Види низкообжигових в'яжучих

Гіпсове в'яжуче даної категорії включає в себе наступні матеріали:

Будівельний гіпс. Для його виготовлення необхідно правильно відібрати сировину. Виробництво гіпсу для проведення будівельних робіт допустимо з використанням в якості сировини в'яжучого марки від п'ятої і вище, залишок якого на ситі становить не більше дванадцяти відсотків. Для виготовлення будівельних виробів підходить в'яжучу, що відноситься до марки від другої до сьомої, незалежно від часу схоплювання і ступеня подрібнення. Декоративні елементи виготовляються з матеріалів тих же видів. За винятком речовин грубого помелу і повільно схвативающихся. Гіпсові штукатурні суміші виготовляються з речовин 2-25 марки, крім в'яжучого з грубим помелом і цементу.

Високоміцний гіпс може характеризуватися однією з декількох марок (з індексами від 200 до 500). Міцність даного матеріалу становить 15-25 МПа, що значно вище, ніж у інших видів.

Формувальний гіпс відрізняється високим ступенем водопотребности і високою міцністю в затверділому стані. З нього одержують вироби з гіпсу: керамічні форми, фарфоро-фаянсові елементи і так далі.

Ангідридні матеріали

Даний вид, у свою чергу, утворює дві речовини:

ангидритовий цемент, що виходить при обробці температурою до семисот градусів;

естрихигіпс, що утворюється під впливом на сульфат кальцію температури понад 900 градусів.

Склад гіпсу ангидритового включає: від двох до п'яти відсотків вапна, суміш сульфату купоросом (мідним або залізним) до одного відсотка від трьох до восьми відсотків доломіту, від десяти до п'ятнадцяти відсотків доменного шлаку. Ангидритовий цемент відрізняється повільним схоплюванням (від тридцяти хвилин до доби). В залежності від міцності його ділять на наступні марки: М50 М 100 М 150 М200. Цемент даного виду широко використовується при будівництві. Його використовують для:

виготовлення клейового, штукатурного або розчину;

виготовлення бетону;

виробництва декоративних елементів;

виготовлення теплоізоляційних матеріалів.

Естрихигіпс володіє наступними характеристиками:

Повільним схоплюванням.

Міцністю до двадцяти мегапаскаль.

Низькою теплопрводностью.

Хорошою звукоізоляцією.

Стійкістю до дії вологи.

Морозостійкістю.

Невеликим ступенем деформації.

Це основні, але далеко не всі переваги, якими володіє естрихигіпс. Застосування його засновано на цих показниках. Він використовується для штукатурки стін, виробництва штучного мармуру, при зведенні мозаїчної підлоги і так далі.

Поділ в'яжучого на види

Властивості гіпсових в'яжучих дозволяють розділити їх на кілька груп. Для цього використовують кілька класифікацій. З часу схоплювання виділяють наступні групи:

Група «А». У неї входять в'яжучі, які швидко схоплюються. На це йде від двох до п'ятнадцяти хвилин.

Група «Б». В'яжучі матеріали даної групи схоплюються за час від шести до тридцяти хвилин. Їх називають нормально схвативающимися речовинами.

Група «В», до якої відносяться повільно схоплюються в'яжучі. На схоплювання необхідно більше двадцяти хвилин. Верхня межа не нормується.

Тонкість помелу визначається залишилися на ситі часткам. Пов'язано це з тим, що на ситі з розміром вічка 02 міліметра завжди залишаються гіпсові в'яжучі. ГОСТ вказує на наступні групи:

Грубий помел або перша група вказує на те, що на ситі залишається до двадцяти трьох відсотків матеріалу.

Середній помел (друга група), якщо на ситі залишилося не більше чотирнадцяти відсотків в'яжучого.

Тонкий помел (третя група) говорить про те, що залишок речовини на ситі не перевищує двох відсотків.

Матеріал випробовують на міцність при вигині і стиску. Для цього з гіпсового розчину готують бруски з розміром 40 х 40 х 160 міліметрів. Через дві години після виготовлення, коли процеси кристалізації і гідратації завершуються, починають випробування. Гіпсові в'яжучі (ГОСТ 125-79) по міцності діляться на дванадцять марок. Вони мають індекси від двох до двадцяти п'яти. Значення межі міцності в залежності від марок зібрані в спеціальні таблиці. Її можна побачити навіть у самому Гості. Основні параметри і види матеріалу можна дізнатися по його маркуванні. Виглядає вона приблизно так: Г-6-А-11. Цей напис буде означати наступне:

Р - гіпсове в'язке речовина.

6 – марка матеріалу (означає, що міцність становить більше шести мегапаскаль).

А – визначає вигляд за часом схоплювання (тобто швидкотверднучі).

11 – вказує на ступінь помелу (в даному випадку середній).

Область застосування гіпсових речовин

Технологія гіпсових в'яжучих дозволяє отримати матеріали, придатні до використання у різних сферах. Найбільш широко гіпс використовується в будівництві. Масштаби його застосування можна порівняти з використанням цементу. Гіпсове в'яжуче володіє деякими перевагами перед тим же цементом. Наприклад, на його виробництво йде менше палива майже в чотири рази. Він гігієнічний, стійкий до вогню, має пористістю в межах від тридцяти до шістдесяти відсотків, невеликою щільністю (до півтори тисячі кілограм на один кубічний метр). Ці характеристики і зумовили область застосування матеріалу. Для штукатурних робіт широко використовується саме гіпс. Застосування його не залежить від марок матеріалу. Використовується в'яжучий з тонким і середнім помелом частинок, нормально і повільно схвативающееся. Гіпс додається до штукатурку з вапняку і піску. За рахунок цього поліпшується міцність розчину після висихання. А шар штукатурки на поверхні стає гладким і чистим, придатним для подальшої фінішної обробки. Гіпсові речовини, що відносяться до марок від Г-2 Г-7 використовуються для виготовлення перегородкових панелей, листів так званої сухої штукатурки та інших гіпсобетонних виробів. Їх додають в розчини для отримання сумішей для внутрішніх робіт. Керамічні, фарфорові і фаянсові вироби і деталі виготовляються з додаванням в'яжучого з гіпсу, що відноситься до марок від М-5 до-25. В'яжучий повинно відноситися до категорії нормально схвативающихся і тонкомолотих речовин. Гіпсове в'яжуче використовується для приготування розчину, який використовується при конопатці вікон, дверей, перегородок. З цією метою підходять більш низькі марки матеріалу. Як видно, характеристики гіпсового в'яжучого дозволяють використовувати матеріал з різними цілями і в різних сферах діяльності. Це міцний, морозостійкий, гігієнічний, екологічний, вогнетривкий матеріал. Його якісні характеристики визначаються належністю до певної групи матеріалів за тією чи іншою ознакою.