Строительные и другие материалы из гипса используются в различных отраслях народного хозяйства. Ими уже давно никого не удивишь. Но мало кто задумывается о том, что на самом деле представляет собой гипсовое вяжущее, что служит для него сырьем и как оно получается. А ведь для производства всех строительных материалов (штукатурок, кладочных растворов, штукатурных листов) и других деталей необходимо сначала подготовить сырье. Ведь характеристики готового материала в большой степени зависят от качества используемого сырья.
Понятие и состав
Вяжущее из гипса представляет собой воздушный материал, который состоит по большей части из двуводного гипса. Состав гипса также дополняют природный ангидрид и отдельные отходы промышленности, в состав которых входит сернистый кальций.
В эту же группу также входят комбинированные вещества. В их составе - полуводный гипс, известь, доменные шлаки, цемент.
Сырьем для производства являются горные породы, содержащие сульфаты. ГОСТом определено, что для изготовления гипсового вяжущего может быть использован только гипсовый камень (соответствующий всем требованиям, которые предъявляются к нему ГОСТом 4013) или фосфогипс, также соответствующий требованиям нормативных документов.
Характеристика гипсовых вяжущих
Гипсовый раствор необходимо использовать до момента его полного затвердевания. Нельзя его размешивать после того, как процесс кристаллизации уже начался. Перемешивание вызывает разрушение образовавшихся связей между кристаллами каркаса. Из-за этого раствор теряет свои вяжущие способности.
Изделия из гипса не являются водостойкими. Но производители материала нашли выход из этой ситуации. Ученые определили, что различные добавки гипсовых вяжущих позволяют увеличить этот показатель. Поэтому в состав материала добавляют различные вещества: известь, измельченный доменный шлак, карбамидные смолы, органические жидкости, в состав которых входит кремний.
Использование гипсовых материалов не требует применения дополнительных наполнителей. Они не дают усадку, трещины на обрабатываемой поверхности не появятся. Гипсовые вяжущие, наоборот, увеличиваются в объеме после полного затвердевания. В некоторых ситуация добавляются деревянные опилки, костра, пемза, керамзит и другие материалы.
Еще одна особенность – гипсовые материалы ускоряют процесс коррозии черных металлов (гвоздей, арматуры, проволоки и так далее). Этот процесс происходит еще быстрее во влажных условиях.
Вяжущее из гипса быстро впитывает влагу и теряют свою активность. Поэтому при хранении и транспортировании необходимо соблюдать некоторые правила. Храниться материал может только в сухом месте. Даже при соблюдении этого правила, спустя три месяца хранения материал потеряет примерно тридцать процентов своей активности. Перевозят материал навалом или же запакованным в тару. При этом важно защитить его от мусора и влаги.
Производство
Для данного процесса необходимо выполнить следующие процессы:
- дробление природного гипсового вещества;
- сушка сырья;
- воздействие температуры.
Гипсовый камень подается в бункер, откуда он попадает в дробилку. Там происходит его измельчение на части, размер которых не превышает четырех сантиметров. После дробления материал по элеватору отправляется в расходный бункер. Оттуда равными частями он поступает в мельницу. Там он подсушивается и измельчается до меньшей фракции. Сушка на данном этапе необходима для ускорения и облегчения процесса дробления материала.
В мельнице порошок разогревается до девяноста градусов. В таком состоянии он транспортируется в гипсоварочный котел. Именно там и происходит выделение воды из вещества в процессе обжига. Этот процесс начинается с невысоких температур (порядка восьмидесяти градусов). Но вода из материала лучше всего уходит при температурном диапазоне от ста десяти до ста восьмидесяти градусов.
Весь процесс обработки температурой делится на два этапа. Сначала в течение трех часов материал выдерживают в варочном котле. Там удаляется вода, и двуводный гипс превращается в полуводный. Все это время гипс помешивается для однородности нагревания. По окончании указанного времени, вещество в разогретом состоянии отправляется в так называемый бункер томления. Он уже не подогревается. Но за счет высокой температуры самого вещества там продолжается процесс дегидратации. На это уходит еще примерно сорок минут. После этого вяжущие материалы считаются готовыми. И их отправляют на склад готовой продукции.
Твердение материала
Твердение гипсовых вяжущих происходит при смешивании порошка с водой. При этом образуется пластичная масса, которая в течение нескольких минут затвердевает. С химической точки зрения, происходит процесс, обратный тому, что происходил в процессе производства. Только происходит он гораздо быстрее. То есть полуводный гипс присоединяет воду, в результате чего образуется двуводное гипсовое вещество. Весь этот процесс можно разделить на три этапа.
На первом этапе полуводное гипсовое вещество растворяется в воде с образованием насыщенного раствора двуводного гипса. Двугидрат обладает высоким показателем растворимости. За счет этого очень быстро происходит процесс перенасыщения раствора. Как результат – выпадение осадка, которым является двугидрат. Эти выпавшие частицы склеиваются между собой, тем самым начиная процесс схватывания.
Следующий этап – кристаллизация. Отдельные кристаллы вещества по мере роста начинают соединяться и образуют прочный каркас. По мере высушивания (удаления влаги) связи между кристаллами становятся прочнее.
Изменение скорости схватывания
Процесс схватывания можно ускорять или, наоборот, замедлять по необходимости. Делают это с помощью добавок, которые вводят в гипсовые вяжущие.
Виды добавок, которые ускоряют процесс схватывания:
- вещества, которые увеличивают растворимость полугидрата: сульфат натрия или калия, поваренная соль и прочие;
- вещества, которые в реакции будут являться центром кристаллизации: соли фосфорной кислоты, измельченный природный гипс и так далее.
Чаще всего используют измельченный гипсовый камень. Его частицы служат центрами кристаллизации, вокруг которых будет расти в дальнейшем кристалл. Большей эффективностью характеризуется «вторичный» гипс. Под ним понимают гипс, который уже проходит этап схватывания и твердения сернистого кальция. К такому виду можно отнести разбитые и измельченные изделия.
Замедляют процесс схватывания следующие вещества:
- увеличивающие пластичность теста: раствор столярного клея в воде, хвойный настой, известково-клеевая эмульсия, ЛСТ и так далее;
- росту кристаллов препятствует пленка, которая образуется на зернах полуводного гипса под воздействием таких веществ, как: бура, аммиак, кератиновый замедлитель, фосфаты и бораты щелочных металлов, лиловый спирт и другие.
Стоит отметить, что введение ускоряющих процесс добавок отрицательно сказывается на прочности гипса. Поэтому их использовать необходимо с осторожностью и добавлять в небольших количествах.
Время схватывания (твердения) во многом зависит от качества исходного сырья, времени и условий хранения, температуры, при которой происходит процесс соединения материала с водой, и даже времени перемешивания раствора.
Слишком короткое время схватывания обычно связывают с наличием в материале частиц двугидрата, которые остались там после обжига. Время схватывания также увеличится, если гипсовое вещество будет разогрето примерно до сорока пяти градусов. Если температуру материала увеличить еще сильнее, то процесс, наоборот, замедлится. Длительное перемешивание гипсовой смеси приведет к ускорению процесса схватывания.
Отличия теории и практики
Особенностью процесса твердения является то, что гипс, в отличие от других вяжущих, при затвердевании увеличивается в объеме (до одного процента). За счет этого для гидратации полуводного вещества необходимо примерно в четыре раза больше воды, чем должно быть в теории. В теории воды требуется примерно 18,6% от массы материала. На практике воду берут для получения раствора нормальной густоты в количестве до семидесяти процентов. Для определения водопотребности материала определяют объем воды в процентах от массы самого материала, который необходимо добавить для получения раствора нормальной густоты (диаметр лепешки 180+5 миллиметров).
Еще одно отличие практики заключается в том, что при удалении лишней воды во время сушки в материале образуются поры. За счет этого гипсовый камень теряет свою прочность. Устраняют этот момент дополнительной сушкой. Изделия из гипса высушивают при температуре, не превышающей семидесяти градусов. Если еще больше увеличить температуру, начнется реакция дегидратации вещества.
Влияние температуры на получаемое вещество
Для получения гипсового вяжущего гипсовый камень подвергают высоким температурам. В зависимости от значения этой температуры, гипсовое вещество может быть двух видов:
- Низкообжиговые, для производства которых обработка сырья происходит под воздействием температуры от ста двадцати до ста восьмидесяти градусов. Сырьем в данном случае чаще всего является полуводный гипс. Основным отличием данного материала является высокая скорость затвердевания.
- Высокообжиговые (ангидритовые), которые образуются в результате действия высокой температуры (свыше двухсот градусов). Затвердевает такой материал дольше. На схватывание также необходимо больше времени.
Каждая из этих групп, в свою очередь, имеет несколько различных материалов, входящих в нее.
Виды низкообжиговых вяжущих
Гипсовое вяжущее данной категории включает в себя следующие материалы:
- Строительный гипс. Для его изготовления необходимо правильно отобрать сырье. Производство гипса для проведения строительных работ допустимо с использованием в качестве сырья вяжущего марки от пятой и выше, остаток которого на сите составляет не более двенадцати процентов. Для изготовления строительных изделий подходит вяжущее, относящееся к марке от второй до седьмой, независимо от времени схватывания и степени измельчения. Декоративные элементы изготавливаются из материалов тех же видов. За исключением веществ грубого помола и медленно схватывающихся. Гипсовые штукатурные смеси изготавливаются из веществ 2-25 марки, кроме вяжущего с грубым помолом и быстротвердеющего.
- Высокопрочный гипс может характеризоваться одной из нескольких марок (с индексами от 200 до 500). Прочность данного материала составляет порядка 15-25 МПа, что значительно выше, чем у других видов.
- Формовочный гипс отличается высокой степенью водопотребности и высокой прочностью в затвердевшем состоянии. Из него получают изделия из гипса: керамические формы, фарфоро-фаянсовые элементы и так далее.
Ангидритовые материалы
Данный вид, в свою очередь, образует два вещества:
- ангидритовый цемент, получающийся при обработке температурой до семисот градусов;
- эстрих-гипс, образующийся под влиянием на сульфат кальция температуры свыше 900 градусов.
Состав гипса ангидритового включает: от двух до пяти процентов извести, смесь сульфата с купоросом (медным или железным) до одного процента, от трех до восьми процентов доломита, от десяти до пятнадцати процентов доменного шлака.
Ангидритовый цемент отличается медленным схватыванием (от тридцати минут до суток). В зависимости от прочности его делят на следующие марки: М50, М100, М 150, М200. Цемент данного вида широко используется при строительстве. Его используют для:
- изготовления клеевого, штукатурного или кладочного раствора;
- изготовления бетона;
- производства декоративных элементов;
- изготовления теплоизоляционных материалов.
Эстрих-гипс обладает следующими характеристиками:
- Медленным схватыванием.
- Прочностью до двадцати мегапаскаль.
- Низкой теплопрводностью.
- Хорошей звукоизоляцией.
- Устойчивостью к воздействию влаги.
- Морозоустойчивостью.
- Небольшой степенью деформации.
Это основные, но далеко не все достоинства, которыми обладает эстрих-гипс. Применение его основано на этих показателях. Он используется для штукатурки стен, производства искусственного мрамора, при возведении мозаичного пола и так далее.
Деление вяжущего на виды
Свойства гипсовых вяжущих позволяют разделить их на несколько различных групп. Для этого используют несколько классификаций.
По времени схватывания выделяют следующие группы:
- Группа «А». В нее входят вяжущие, которые быстро схватываются. На это уходит от двух до пятнадцати минут.
- Группа «Б». Вяжущие материалы данной группы схватываются за время от шести до тридцати минут. Их называют нормально схватывающимися веществами.
- Группа «В», к которой относятся медленно схватывающиеся вяжущие. На схватывание необходимо более двадцати минут. Верхняя граница не нормируется.
Тонкость помола определяется по оставшимся на сите частицам. Связано это с тем, что на сите с размером ячейки 0,2 миллиметра всегда остаются гипсовые вяжущие. ГОСТ указывает на следующие группы:
- Грубый помол или первая группа указывает на то, что на сите остается до двадцати трех процентов материала.
- Средний помол (вторая группа), если на сите осталось не более четырнадцати процентов вяжущего.
- Тонкий помол (третья группа) говорит о том, что остаток вещества на сите не превышает двух процентов.
Материал испытывают на прочность при изгибе и сжатии. Для этого из гипсового раствора готовят бруски с размером 40 х 40 х 160 миллиметров. Спустя два часа после изготовления, когда процессы кристаллизации и гидратации завершаются, начинают испытания. Гипсовые вяжущие (ГОСТ 125-79) по прочности делятся на двенадцать марок. Они имеют индексы от двух до двадцати пяти. Значение предела прочности в зависимости от марок собраны в специальные таблицы. Ее можно увидеть даже в самом ГОСТе.
Основные параметры и виды материала можно узнать по его маркировке. Выглядит она примерно так: Г-6-А-11. Эта надпись будет означать следующее:
- Г- гипсовое вяжущее вещество.
- 6 – марка материала (означает, что прочность составляет более шести мегапаскаль).
- А – определяет вид по времени схватывания (то есть быстротвердеющее).
- 11 – указывает на степень помола (в данном случае средний).
Область применения гипсовых веществ
Технология гипсовых вяжущих позволяет получить материалы, пригодные к использованию в различных сферах. Наиболее широко гипс используется в строительстве. Масштабы его применения можно сравнить с использованием цемента. Гипсовое вяжущее обладает некоторыми преимуществами перед тем же цементом. К примеру, на его производство уходит меньше топлива почти в четыре раза. Он гигиеничен, устойчив к огню, обладает пористостью в пределах от тридцати до шестидесяти процентов, небольшой плотностью (до полутора тысяч килограмм на один кубический метр). Эти характеристики и обусловили область применения материала.
Для штукатурных работ широко используется именно гипс. Применение его не зависит от марок материала. Используется вяжущее с тонким и средним помолом частиц, нормально и медленно схватывающееся. Гипс добавляется в штукатурку из известняка и песка. За счет этого улучшается прочность раствора после высыхания. А слой штукатурки на поверхности становится гладким и светлым, подходящим для дальнейшей финишной отделки.
Гипсовые вещества, относящиеся к маркам от Г-2 до Г-7, используются для изготовления перегородочных панелей, листов так называемой сухой штукатурки и других гипсобетонных изделий. Их добавляют в растворы для получения составов для внутренних работ.
Керамические, фарфоровые и фаянсовые изделия и детали изготавливаются с добавлением вяжущего из гипса, относящегося к маркам от Г-5 до Г-25. Вяжущее должно относиться к категории нормально схватывающихся и тонкомолотых веществ.
Гипсовое вяжущее используется для приготовления раствора, который используется при конопатке окон, дверей, перегородок. С этой целью подходят более низкие марки материала.
Как видно, характеристики гипсового вяжущего позволяют использовать материал с различными целями и в различных сферах деятельности. Это прочный, морозоустойчивый, гигиеничный, экологичный, огнеупорный материал. Его качественные характеристики определяются принадлежностью к определенной группе материалов по тому или иному признаку.
