1 Характеристика цільового продукту

За ступенем помелу розрізняють в'яжучі грубого (I), середнього (II) і тонкого (III) помелу.

Маркування гіпсового в'яжучого містить інформацію про його основні властивості. Наприклад, Г-7-А-II означає: Г - гіпсове в'язке, 7 - межа міцності при стисненні (в МПа), А - швидкотвердіюче, II - середнього помелу.

Порошок гіпсового в'яжучого, зачинених водою (50-70% від маси гіпсу), утворює пластичне тісто, яке швидко схоплюється і твердне. Виходить гіпсовий камінь, міцність якого в міру висушування підвищується. Важливо пам'ятати, що гіпс при твердінні збільшується в обсязі на 0,3-1%, і враховувати це при виготовленні виробів відливанням у форми.

Гіпсові вироби відрізняються гігієнічністю, вогнестійкістю, хорошими

тепло- і звукоізоляційні властивості, архітектурною виразністю. Однак вони володіють високою гігроскопічністю і тому повинні міститися при відносній вологості повітря не більше 60%.

На відміну від інших в'яжучих гіпсові можна застосовувати без наповнювачів, не боячись появи тріщин, так як вони не дають усадки, а, навпаки, як уже зазначалося, збільшуються в обсязі [2].

Визначення та характеристика високоміцного гіпсу

Високоміцні гіпси - матеріали вищої якості, одержувані з гіпсового каменю за традиційними технологіями, або хімічним шляхом. Застосовуються в областях, де використовуються унікальні властивості гіпсу (здатність утворювати розчини з високою плинністю, швидкотверднучі і утворюють дрібнопористу зручну в обробці кам'яну масу), а міцність звичайного будівельного гіпсу недостатня: керамічному і скульптурному виробництві - для виготовлення гіпсових моделей, капов і форм, будівництві - для виготовлення декоративних елементів, стоматології - при виробництві зубних протезів, буровому справі - для закладення свердловин, а також і в багатьох інших.

За визначенням, високоміцний гіпс - це α-напівгідрат, одержуваний, на відміну від β-напівгідрату, тобто звичайного гіпсу, нагріванням гіпсового каменю в автоклаві під тиском. Однак об'єктивно, якщо судити за фізичними властивостями, в цю групу доведеться включити і деякі види β-гіпсу, що мають порівнянні марки і суттєво не відрізняються в інших якостях. Тоді, в порядку зростання міцності, ці матеріали можна розташувати так:

Високоміцні гіпсові в'яжучі сумнівних виробників - як ніби-то α-гіпси, проте заявлені фракційний склад і марка не цілком відповідають дійсності.

Гіпсові в'яжучі високоміцні сепарування (ГВВС) - вітчизняні α-гіпси високої якості, марки від Г-13 і вище (ГОСТ передбачає максимальну марку для гіпсу Г-25).

Фосфат-гіпс (фосфо-гіпс) - побічний продукт (відхід) хімічних виробництв, має високу міцність, як наслідок малого вмісту мінеральних домішок. Може бути α і β-модифікацій. За властивостями цей продукт можна порівняти з високоміцними гіпсами, одержуваними з гіпсового каменю і може навіть перевершувати передбачену стандартами максимальну марку.

Супер-гіпси - α-гіпси іноземного виробництва спеціального призначення, можуть містити добавки.

Сутність способів отримання високоміцного гіпсу полягає в тому, що сировина спочатку піддають тепловій обробці, при якій з дигидрата сульфату кальцію виділяється кристаллизационная вода в крапельно-рідкому стані, і він переходить в - напівгідрат, що має вигляд щільних кристалів. Потім отриманий продукт сушать в умовах, що виключають можливість гідратації напівгідрату, після чого його подрібнюють.

Залежно від способу теплової обробки всі відомі способи виробництва високоміцного гіпсу поділяють на:

1) термообробку в рідких середовищах, коли гіпс зневоднюється в процесі кип'ятіння у водних розчинах деяких солей при атмосферному тиску [3];

2) автоклавні, засновані на зневодненні гіпсу в середовищі насиченої пари в апаратах під тиском.

Гіпс міцністю 15-30 МПа отримують шляхом термообробки кускового природного гіпсу в автоклаві і подальшим модифицированием його в гіпсоварочном котлі. Відмінною особливістю даної технології є те, що дегідратації піддається гіпсовий камінь великих розмірів (100-150 мм), а також можливість суміщення дегідратації і сушки в горизонтальному автоклаві. Сушка здійснюється імпульсно-вакуумним методом, помел проводиться в шахтній млині, а вирівнювання речового (модифікованого) складу в'яжучого в гіпсоварочном котлі. Режим термообробки в автоклаві наступний: підйом тиску до 0,6 МПа і витримка при цьому тиску і температурі 1590С протягом 6 ч, скидання тиску протягом 1,5 ч.По такої технології отримують в'яжучий з термінами схоплювання: початок 5-20 хв, кінець 10-35 хв.

Перевагою цього технологічного процесу є те, що по ньому можна отримувати як високоміцний, так і будівельний гіпс, використовуючи тільки гіпсоварочний котел. А загальним недоліком технології є велика тривалість витримки крупнокускового матеріалу в автоклаві в порівнянні з термообробкою тонкодисперсного сировини [6].

Фізико-механічні показники високоміцного гіпсу, отриманого по автоклавному способу виробництва, такі:

Доступність сировини, простота технології і низька енергоємність виробництва (в 4. 5 разів менше, ніж для отримання портландцементу) роблять гіпс дешевим і привабливим в'язким.

Властивості і галузі застосування високоміцного гіпсу

Розглянуті види полуводного гіпсу за своїми основними властивостями багато в чому однакові. Головна відмінність полягає переважно в показниках міцності.

Щільність цих видів гіпсу коливається в межах 2,6 2,75 г / см3. Об'ємна маса в рихлонасипанном стані зазвичай становить 800-1100 кг / м3, в ущільненому-1250-1450 кг / м3.

Водопотребность - теоретично для гідратації напівводного гіпсу з утворенням двуводного гіпсу необхідно 18,6% води від ваги в'яжучого речовини. Практично ж для отримання тіста нормальної густоти високоміцний (технічний) гіпс 30-40%. Затверділий гіпс являє собою тверде тіло з високою пористістю, що досягає 40-60% і більше. Природно, що зі збільшенням кількості води замішування пористість гіпсового виробу зростає, а міцність зменшується. Водопотребность гіпсу збільшується з підвищенням ступеня його подрібнення. Разом з тим подрібнення його до питомої поверхні приблизно 2500-3000 г / см 2. навіть при деякому збільшенні водопотребности суміші, призводить до підвищення міцності гіпсових виливків. Тому доцільно подрібнювати гіпс тонше, ніж це передбачено вимогами стандарту. Водопотребность гіпсу значно знижується при введенні з водою замішування сповільнювачів схоплювання (кератиновий, вапняно-клейовий та ін.), Сульфітно-дріжджової бражки і її концентратів, синтетичних жирних кислот (СЖК) і ін. В кількості до 0,1-0,3% ваги в'яжучого речовини. За допомогою цих речовин вдається знизити величину нормальної густоти високоміцного гіпсу на 10-15%, що сприяє збільшенню міцності гіпсових виробів.

Терміни схоплювання. Високоміцний гіпс - бистросхвативающегося скорозшивач. За ГОСТ 125-70 початок схоплювання будівельного гіпсу повинен наступати не раніше 4 хв, а кінець схвативанія- не раніше 6 хв, але не пізніше 30 хв після змішування з водою. За СНиП I-B.2-69 початок схоплювання високоміцного гіпсу має бути не раніше 4 хв, а кінець схоплювання - в межах 8-20 хв від початку замішування гіпсового тесту. Терміни схоплювання гіпсу залежать від властивостей сировини, технології його виготовлення, тривалості зберігання, кількості введеної рідини, температури в'язкої речовини і води, умов перемішування, наявності добавок і ін. Швидше за всіх схоплюється напівводяний гіпс, що містить деяку кількість частинок неразложившихся двугидрата, які є центрами кристалізації і викликають прискорену гидратацию полуводного гіпсу. Схоплювання гіпсу значно прискорюється при за-творінні його зниженою кількістю води в порівнянні з тим, яке потрібне для тіста нормальної густоти, і навпаки. Підвищення температури гіпсового тесту до 40-45 ° С сприяє прискоренню його схоплювання, а вище цієї межі, навпаки - уповільнення. При температурі гіпсової маси 90-100 ° С схоплювання і твердіння припиняються. Це пояснюється тим, що при зазначених і більш високих температурах розчинність полуводного гіпсу у воді стає менше розчинності двугидрата. В результаті припиняється перехід полугидрата в двогідрату, а отже, і пов'язане з ним твердіння. Схоплювання сповільнюється, якщо гіпс застосовують в суміші з наповнювачами: піском, шлаком, тирсою і т. Д. Швидке схоплювання напівводного гіпсу є в більшості випадків позитивним його властивістю, що дозволяє швидко отримувати вироби з форм. Однак в ряді випадків швидке схоплювання небажано.

Для регулювання термінів схоплювання (прискорення і уповільнення) в гіпс при замішуванні вводять різні добавки. По механізму дії В. Б. Ратинов розділяє добавки для регулювання термінів схоплювання в'яжучих речовин, в тому числі і гіпсових на чотири класи. Перший клас - це добавки, що змінюють розчинність в'яжучих речовин і не вступають з ними в хімічні реакції. Схоплювання гіпсу прискорюється, якщо ці добавки, як, наприклад, NaCL, KCL, Na2 S04 і ін. Підсилюють розчинність полугидрата в воді; навпаки, воно сповільнюється, якщо добавки (аміак, етиловий спирт і ін.) знижують його розчинність. Деякі добавки (наприклад, NaCL) при одних концентраціях в розчині збільшують розчинність полугидрата і, отже, є прискорювачами, а при інших, зменшуючи розчинність, є сповільнювачами. Другий клас - речовини, що реагують з в'яжучими речовинами з утворенням важкорозчинних або малодиссоциирующие з'єднань. Добавки цього класу (для гіпсу - фосфат натрію, бура, борна кислота і ін.) Утворюють на поверхні полугидрата захисні плівки з важкорозчинних сполук, в результаті чого схоплювання гіпсу сповільнюється. Третій клас - речовини, які є готовими центрами кристалізації. Для гіпсових в'яжучих такими є, іСаНР04 × 2Н20 і ін. Вони прискорюють їх схоплювання. У добавок першого і третього класів є «поріг ефективності», під яким мають на увазі концентрацію добавки, що дає максимальний уповільнюючий або прискорює ефект. Зазвичай цей ефект досягається при введенні добавок в воду замішування в кількості до 2-3%. Четвертий клас - поверхнево-активні добавки. Вони адсорбуються частинками полуводного і двуводного гіпсу і зменшують швидкість утворення зародків кристалів. Ці добавки (сульфітно-дріжджова брага, вапняно-клейовий і кератиновий сповільнювачі і ін.) Відомі як пластифікатори і сповільнювачі схоплювання гіпсу. Адсорбируясь частинками полугидрата, вони надають тесту підвищену рухливість і знижують кількість води замішування, необхідної для отримання суміші необхідної рухливості. До цього ж класу належить і ефективний сповільнювач схоплювання В. В. Помазкова. Цей сповільнювач виходить обробкою зволожених тирси з 2-3% сірчаної кислоти паром в автоклаві під тиском 4-6 атм протягом 4 ч. Отриману масу нейтралізують вапном, висушують і подрібнюють. Введення 0,1% цього сповільнювач уповільнює схоплювання до 20- 30 хв.

Міцність. За ГОСТ 125-70 міцність будівельного гіпсу визначають випробуванням зразків-балочок розміром 4 × 4 × 16 см, що готуються з гіпсового тесту нормальної густоти. Балочки відчувають через 1,5 години після виготовлення на вигин, а їх половинки-на стиск. За стандартом будівельний гіпс в залежності від межі міцності при вигині і стиску, а також від тонкощі його помелу поділяють на три сорти. Міцність гіпсових зразків, висушених до постійної ваги при температурі не вище 70 ° С, в 2-2,5 рази вища за ту, яку мають вологі зразки 1,5-годинного віку. У сухому стані зразки з кращих сортів будівельного гіпсу характеризуються міцністю на стиск 180-200 кгс / см 2. По СНиП IB.2-69 високоміцний гіпс в залежності від міцності ділять на сім марок: 200, 250, 300, 350, 400, 450 і 500.

Такий вплив води на міцність затверділого гіпсу можна пояснити розчиненням двуводного гіпсу в місцях контакту кристалічних зростків в його структурі, що викликає зменшення його міцності. Залежність міцності гіпсу і гіпсових виробів від вмісту вологи є їх істотним недоліком. Ця залежність визначається так званим коефіцієнтом розм'якшення. Останній являє собою відношення показників міцності водонасичених зразків до міцності зразків того ж складу і віку, висушених до постійної ваги. Коефіцієнт розм'якшення коливається в межах 0,3-0,45 і залежить від властивостей гіпсу і головним чином від щільності вироби. При застосуванні жорстких сумішей, за даними Г. Д. Копелянского і С. С. печура, коефіцієнт розм'якшення підвищується до 0,4-0,5. Міцність виробів з напівводного гіпсу знижується в тій чи іншій мірі при введенні в них наповнювачів. При цьому органічні наповнювачі (тирсу, багаття, торф) викликають більш значне зниження міцності, ніж мінеральні.

Деформативність. Напівводяний гіпс при схоплюванні і твердінні в початковий період має здатність збільшуватися в об'ємі приблизно на 0,5-1%. Таке збільшення обсягу ще не остаточно схопився гіпсової маси не має шкідливих наслідків. Навпаки, в ряді випадків воно дуже цінно (наприклад, при виготовленні архітектурних деталей), так як при цьому гіпсові виливки добре заповнюють форми і точно передають їх обриси. Здатність будівельного гіпсу розширюватися залежить від вмісту в ньому розчинної ангідриту. Встановлено, що напівгідрат розширюється при твердінні на 0,5-0,15%, а розчинний ангідрид - на 0,7-0,8%. Тому гіпс, обпалений при підвищених температурах і містить підвищену кількість розчинної ангідриту, характеризується великим розширенням при твердінні. Технічними умовами на високоміцний гіпс (ТУ 31-57) об'ємне розширення обмежується 0,2%. Для зменшення розширення в гіпс при помелі вводять до 1% негашеного вапна, що знижує коефіцієнт розширення при твердінні з 0,3 до 0,08-0,1%. Розширення гіпсу зменшується зі збільшенням вмісту в тесті води, а також при введенні в нього сповільнювачів схоплювання. Після початкового розширення, як показують досліди В. В. Помазкова, гіпсові вироби при подальшому висиханні дають усадку в розмірі близько 0,05-0,1%, в результаті зменшення вологості з 5-10 до 1-2%. Усадка такої величини при виготовленні великорозмірних виробів супроводжується значними напруженнями, що може викликати зменшення міцності і навіть поява тріщин. Для зменшення усадки доцільно застосовувати гіпс в суміші з мінеральними наповнювачами у вигляді гіпсобетону.

Затверділий напівводяний гіпс (будівельний і високоміцний) і вироби з нього проявляють великі пластичні (залишкові) деформації особливо під тривалою дією навантажень (повзучість). Ці деформації відносно невеликі, якщо виріб повністю висушити. Однак зволоження гіпсу до 0,5-1%, а особливо до 5-10% і більше викликає значне посилення необоротних пластичних деформацій, які з плином часу можуть затухати лише при невеликих навантаженнях, що становлять невелику частку від межі призмовою міцності вироби. Особливо різко проявляється повзучість гіпсу під дією згинальних навантажень. Значна схильність затверділого гіпсу деформацій повзучості в сильному ступені обмежує можливості його застосування в конструкціях, що працюють на вигин. Схильність виробів з напівводного гіпсу до великих пластичних деформацій під дією навантажень пояснюється ковзанням кристалів двуводного гіпсу в структурі затверділого вироби при його зволоженні, а також розчиненням двугидрата в місцях контактів кристалічних зростків. Повзучість гіпсових виробів значно зменшується при введенні в нього портландцементу спільно з пуцолановому (гідравлічними) добавками.

Довговічність. Вироби з напівводного гіпсу, що є повітряним в'язкою речовиною, характеризуються великою довговічністю при службі їх в повітряно-сухому середовищі. При тривалому впливі води, особливо при низьких температурах, коли вироби в водонасиченому стані систематично то замерзають, то розморожують, вони руйнуються. Щільні гіпсові вироби витримують зазвичай 15-20 і більше циклів заморожування і відтавання. Про значну довговічності гіпсових виробів при службі їх в конструкціях житлових будинків свідчать добре збережені зовнішні стіни будинків, побудованих 20-40 років тому в Горькому, Уфі, Димитрові, Куйбишеві, Свердловську, Гур'єві і інших містах.

Гіпсові вироби вогнестійкі. Вони прогріваються відносно повільно і руйнуються лише після 6-8 год нагріву, т. Е. При такій тривалості пожежі, яка є малоймовірною. Тому гіпсові вироби часто рекомендують застосовувати в якості вогнезахисних покриттів. Сталева арматура в гіпсових виробах в умовах нейтрального середовища (рН = 6,5-7,5), особливо при значній їх пористості, піддається інтенсивної корозії. Корозія запобігає при покритті стали обмазками - цементно-бітумної, цементно-полістирольної та ін. Більш надійно попередньо піддавати сталь металізації цинком або алюмінієм, а потім покривати зазначеними обмазками [4].

Основні області застосування високоміцного гіпсу:

виробництво сухих будівельних сумішей: в даний час випускаються наступні види сухих гіпсових сумішей на основі високоміцного гіпсу:

самонівелюються суміші для підлог.