Гипсовое вяжущее вещество: характеристика, свойства, производство и применение. Гипсовые вяжущие

Cтраница 1

Двуводный гипс CaSO4 - 2H2O, присутствующий в составе глин, при нагревании дегидратируется и распадается, проходя последовательно стадии образования при 380 - 388 К полугидрата CaSO4 - 0 5H2O, при 443 - 483 К - ангидрита CaSO4 и выше 1023 К. В присутствии примесей скорость разложения CaSCU возрастает. Температурой полного плавления CaSC4 считают 1733 К.

Двуводный гипс переходит в полуводный, выделяя воду, гасящую известь, причем процессы варки или обжига отпадают.

Двуводный гипс, образовавшийся в результате гидратации ангидрита, кристаллизуется, что вызывает схватывание и твердение цемента.

Двуводный гипс при нагревании постепенно теряет конституционную воду. При дальнейшем нагревании до 200 С гипс переходит в растворимый ангидрит, обладающий свойством быстро схватываться. При 200 - 400Р С гипс полностью теряет конституционную воду, переходит в нерастворимый ангидрит (CaS04) и теряет способность схватываться.

Двуводный гипс является мягким минералом.

Двуводный гипс отличается высокой спайностью, главным образом по плоскости (010), и легко расщепляется на тонкие пластинки. Кристаллизуется он в виде призм моноклинной син-гонии.

Двуводный гипс широко распространен в природе. Чаще всего гстрсчаются кристаллические агрегаты зернистого сложения.

Двуводный гипс при сравнительно низких температурах легко отщепляет гидратную воду, превращаясь в полугидрат, который во время дальнейшего нагревания переходит в ангидрит.

Двуводный гипс не оказывает такого влияния. Некоторое количество полуводного гипса может присутствовать в высокообжиговом гипсе вследствие неполного обжига крупных кусков сырья в производственных условиях. Полуводный гипс играет роль катализатора процесса твердения высокообжигового гипса.

Двуводный гипс, растворившись в воде, реагирует с гидроалюминатом кальция ЗСаО-АЬОз-бНдО, входящим в кристаллический сросток цементного камня. При взаимодействии образуется увеличивающийся в объеме гидросульфоалюминат кальция ЗСаО-АЬОз-ЗСаЗС Х ХЗШгО, вызывающий растрескивание цементного камня.

Двуводный гипс отличается высокой спайностью главным образом по плоскости и легко расщепляется на тонкие пластинки. Он кристаллизуется в виде призм моноклинной системы.

Двуводный гипс широко распространен в природе. В СССР наиболее часто встречается гипс кристаллического строения, причем разведано около 300 месторождений гипсового камня с общими запасами 2740 млн. т, природный гипс (гипсовый камень) является породой осадочного происхождения. Иногда гипс встречается в виде мелкозернистой плотной массы белого цвета, напоминающей по внешнему виду мрамор и употребляемый для скульптурных работ. Эта разновидность гипса называется в минералогии алебастром. Раньше в строительной практике под термином алебастр понимали строительный (штукатурный) гипс.

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, 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 (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, 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 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, Его качественные характеристики определяются принадлежностью к определенной группе материалов по тому или иному признаку.

17 Твердение гипсовых вяжущих веществ.

Гипсовыми вяжущими веществами называют материалы, для получения которых используют сырье, содержащее сернокислый кальций.

Гипсовые вяжущие относительно быстро схватываются и твердеют. Различают быстротвердеющий (А), нормально твердеющий (Б) и медленно твердеющий (В) гипсы со сроками схватывания соответственно начало - не ранее 2, 6 и 20 мин, конец - не позднее 15, 30 мин (для В - не нормируется).

Особенностью полуводного гипса по сравнению с другими вяжущими является его способность при твердении увеличиваться в объеме (до 1 Недостатками затвердевших гипсовых вяжущих являются значительные деформации под нагрузкой (ползучесть) и низкая водостойкость. Для повышения водостойкости гипсовых изделий при изготовлении вводят гидрофобные добавки, молотый доменный гранулированный шлак.

Твердение гипсовых вяжущих (гипса)

Твердение гипсовых вяжущих проходит по следующей схеме.

На первом этапе (подготовительном) частицы полуводного гипса, приходя в соприкосновение с водой, начинают растворяться с поверхности до образования насыщенного раствора. Одновременно начинается гидратация полуводного гипса. Этот период характеризуется пластичным состоянием теста.

На втором этапе (коллоидации) наряду с гидратацией растворенного полугидрата и переходом его в двуводный гипс происходит прямое присоединение воды к твердому полуводному гипсу. Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде высокодисперсных кристаллических частичек. Так как двуводный гипс обладает значительно меньшей растворимостью (примерно в 5 раз), чем полуводный, то насыщенный раствор по отношению к исходному полуводному гипсу является пересыщенным по отношению к образующемуся двуводному гипсу и тот, выделяясь из раствора, образует коллоидно-дисперсную массу в виде геля, в которой кристаллики двугидрата связаны слабыми ван-дер-ваальсовыми силами молекулярного сцепления. Этот период характеризуется схватыванием (загустеванием).

На третьем этапе (кристаллизации) образовавшийся неустойчивый гель перекристаллизовывается в более крупные кристаллы, которые срастаются между собой в кристаллические сростки, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности.

Указанные этапы не следуют строго друг за другом, а накладываются один на другой и продолжаются до, тех пор, пока весь полуводный гипс не перейдет в двуводный (через 20...40 мин после затвердения). К этому времени достигается максимальная прочность системы. Дальнейшее увеличение прочности гипсового камня происходит вследствие его высыхания. При этом из водного раствора выделяется частично оставшийся в нем двуводный гипс, упрочняющий контакты между кристаллическими сростками. При полном высыхании рост прочности прекращается. Сушка является необходимой операцией в технологии гипсовых изделий, но проводить ее надо осторожно (при температуре не выше 60...70°С), чтобы не допустить дегидратацию образовавшегося двугидрата сульфата кальция.

Применение: В штукатурных работах применяют гипсовые вяжущие всех марок, среднего и тонкого помола, нормального и медленного твердения. Добавка гипсовых вяжущих ускоряет схватывание известково-песчаных растворов и повышает прочность штукатурного слоя, придает его поверхности гладкость и белизну.

Водостойкость гипса может быть повышена введением в него до 50 % шлака.

Водостойкость гипса можно достигнуть путем пропитки изделия из гипса водорастворимыми синтетическими смолами, кремне-органическими соединениями, такими как мочевиноформальде-гидные смолы и др. Благодаря своей гидрофильности и малой вязкости смолы легко впитываются в пористое гипсовое изделие и после отвердевания под воздействием низких температур (60 - 70) закупоривают поры и препятствуют проникновению в него влаги. Но способ пропиток различными растворами и смолами, предложенный рядом исследователей, в массовом производстве усложняет технологический процесс, особенно при изготовлении крупных изделий.

Известен ряд способов повышения водостойкости гипса : 1) более сильное уплотнение при формовании гипсовых изделий; 2) введение в гипсовый порошок кремнийорганических соединений, синтетических смол или пропитка ими гипсовых изделий; 3) нанесение защитных покровных пленок из различных смол, гидрофобных веществ и ряда других материалов; 4) добавка портландцемента или доменных гранулированных шлаков совместно с активными минеральными добавками.

Гипсовыми вяжущими веществами называют воздушные вяжущие материалы, получаемые из природного двуводного гипса (CaSO 4 ∙2H 2 O), природного ангидрита (CaSO 4) и некоторых отходов промышленности, главной составной частью которых является сернокислый кальций.

В зависимости от температуры тепловой обработки гипсовые вяжущие вещества подразделяют на низкообжиговые и высокообжиговые. Низкообжиговые гипсовые вяжущие, получаемые тепловой обработкой природного двуводного гипса в температурном интервале 120−180°С, состоят в основном из полуводного гипса (CaSO 4 ∙0,5H 2 O), характеризуются быстрым твердением. К ним относятся строительный и формовочный гипсы.

Высокообжиговые гипсовые вяжущие. Во время обжига свыше 200°С природный двуводный гипс сначала полностью дегидратируется, а затем частично разлагается на окись кальция и серный ангидрид. Продукт, полученный при температуре 600−700°С, представляет собой ангидритовый цемент (CaSO 4). При обжиге сульфата кальция при температуре свыше 900°С получают эстрих-гипс (CaSO 4 и CaO). Гипсоангидритовый цемент и эстрих-гипс характеризуются более продолжительными по сравнению с низкообжиговыми гипсовыми вяжущими сроками схватывания и медленным твердением.

К гипсовым вяжущим веществам относятся также смешанные композиции, основной составляющей которых является полуводный гипс, а дополнительными составляющими − известь, цемент, измельченные гранулированные доменные шлаки. В зависимости от вида дополнительной составляющей различают гипсоцементнопуццолановые вяжущие (ГЦПВ), гипсоизвестковые, гипсошлаковые и др.

Производство гипсовых вяжущих веществ. Производство низкообжиговых гипсовых вяжущих чаще всего осуществляют в варочных котлах с соблюдением следующей последовательности операций: дробление природного гипса, совмещение помола и сушки, тепловая обработка.

По этой схеме гипсовый камень с помощью грейферного крана загружается в приемный бункер, после чего питателем подается в щековую дробилку, где он подвергается грубому измельчению-дроблению до кусков размером менее 40 мм. Затем раздробленный материал подается элеватором в расходный бункер, из которого материал при помощи питателя равномерно поступает в шахтную мельницу. В шахтной мельнице материал одновременно измельчается и подсушивается. Подогрев гипса облегчает размалывание и интенсифицирует последующий процесс обжига. Отработанные дымовые газы подают в шахтную мельницу по теплоизолированному газопроводу. Дымовые газы образуются в топке при сжигании твердого. Жидкого или газообразного топлива. Размолотый в порошок природный гипс, нагретый до температуры 70…90°С, уносится из шахтной печи и улавливается системой пылеулавливающих устройств (циклоны, рукавные фильтры), после чего порошок гипсового камня подается в гипсоварочный котел, где происходит обжиг (дегитратация) двуводного гипса по реакции:

CaSO 4 ∙2H 2 O = CaSO 4 ∙0,5H 2 O+1,5H 2 O.

Дегидратация двуводного гипса начинается при температуре 75…80°С, однако в условиях производства удаление химически связанной воды довольно интенсивно происходит при температуре от 110 до 180°С.

Варочный котел представляет собой стальной цилиндр объемом от 3 до 15 м 3 , футерованный кирпичной кладкой. Внутри котла находятся четыре жаровые трубы и мешалка в виде вертикального вала с лопастями. Под котлом расположена топка. Топочные газы после обогрева днища поступают в кольцевые газоходы и омывают последовательно нижнюю, среднюю и верхнюю часть стенки котла, а также проходят через жаровые трубы нижнего и верхнего ярусов.

Предварительно измельченный и подсушенный порошок гипсового камня загружают через загрузочный люк в варочный котел, где в течение 1…3 часов двуводный гипс обезвоживается и превращается в полуводный. В процессе варки гипс интенсивно перемешивается и равномерно нагревается, что обеспечивает получение однородного продукта высокого качества. После окончания варки гипс через разгрузочное отверстие в нижней части котла поступает в бункер томления и выдерживается там в течение 20…40 минут. Здесь за счет теплоты выгружаемого материала в нем продолжается дегидратация оставшихся в большом количестве зерен двуводного гипса. Из бункера томления гипс направляется на склад готовой продукции.

Также имеет распространение совместный помол и обжиг гипсового камня в шаровых мельницах. В них гипсовый камень измельчается, мелкие частицы его подхватываются потоком поступающих в мельницу горячих дымовых газов с температурой 600…700°С. Находясь во взвешенном состоянии, частицы гипсового камня обезвоживаются до превращения в полуводный гипс и выносятся дымовыми газами из мельницы в пылеосадительные устройства. Основное преимущество данного способа по сравнению с производством гипса в варочных котлах − более высокая производительность за счет непрерывности процесса производства.

Твердение строительного гипса. При затворении полуводного гипса водой образуется пластичное тесто, которое быстро загустевает и переходит в камневидное состояние. Процесс твердения полуводного гипса происходит в результате гидратации полуводного гипса, т.е. присоединения к нему воды и перехода его в двуводный гипс:

CaSO 4 ∙0,5H 2 O+1,5H 2 O = CaSO 4 ∙2H 2 O.

Процесс твердения можно разделить на три этапа. В первый период, начинающийся с момента смешивания гипса с водой, полуводный гипс растворяется. Одновременно он гидратируется, присоединяя 1,5 молекулы воды и превращаясь в двуводный гипс. Так как двуводный гипс менее растворим, чем полуводный, то образовавшийся вначале насыщенный раствор полуводного гипса становится пересыщенным по отношению к двуводному гипсу и тот выпадает из раствора. Во втором периоде вода взаимодействует с полуводным гипсом с прямым присоединением ее к твердому веществу. Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде мельчайших кристаллических частичек и к образованию коллоидной массы-геля. При этом происходит схватывание массы.

В третьем периоде коллоидные частички двуводного гипса перекристаллизовываются с образованием более крупных кристаллов, которые срастаются между собой с образованием кристаллических сростков, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности. Однако рассмотренные периоды не протекают в строгой последовательности, а налагаются один на другой.

Дальнейшее высыхание твердеющей массы приводит к значительному повышению прочности гипса. Для ускорения твердения применяют искусственную сушку гипсовых изделий при температуре не выше 60…65°С. При более высокой температуре может начаться процесс разложения двуводного гипса, сопровождаемый резким понижением прочности. При твердении гипс увеличивается в объеме до 1%, хорошо заполняя формы при отливке гипсовых изделий.

Свойства гипсовых вяжущих веществ. Качество строительного гипса устанавливают на основании ГОСТ 125-79* «Вяжущие гипсовые. Технические условия» и данных, полученных в результате определения: тонкости помола, нормальной густоты гипсового теста, сроков схватывания, предела прочности при изгибе и сжатии образцов, изготовленных из гипсового теста нормальной густоты. Испытания проводят в соответствии с ГОСТ 23789-79* «Вяжущие гипсовые. Методы испытаний».

Определение тонкости помола гипса. Сущность метода заключается в определении массы гипсового вяжущего, оставшегося при просеивании на сите с ячейками размером в свету 0,2 мм. Пробу вяжущего массой 50 г, взвешенную с погрешностью не более 0,1 г и предварительно высушенную в сушильном шкафу в течение 1 ч при температуре (50±5) °С, высыпают на сито и производят просеивание вручную или на механической установке. Просеивание считают законченным, если сквозь сито в течение 1 мин при ручном просеивании проходит не более 0,05 г вяжущего. Тонкость помола отдельной пробы определяют в процентах с погрешностью не более 0,1% как отношение массы, оставшейся на сите, к массе первоначальной пробы. За величину тонкости помола принимают среднее арифметическое результатов двух испытаний. В зависимости от степени помола различают виды вяжущих, приведенные в табл. 1.

Таблица 1.

Виды гипса в зависимости от степени помола (ГОСТ 125-79)

Определение стандартной консистенции (нормальной густоты) гипсового теста. Стандартная консистенция (нормальная густота) характеризуется диаметром расплыва гипсового теста, вытекающего из цилиндра (диаметром 50±0,1 мм и высотой 100±0,1 мм) при его поднятии. Диаметр расплыва должен быть равен 180±5 мм. Количество воды является основным критерием определения свойств гипсового вяжущего: времени схватывания и предела прочности. Количество воды выражается в процентах как отношение массы воды, необходимой для получения гипсовой смеси стандартной консистенции, к массе гипсового вяжущего в граммах.

Порядок проведения испытания следующий. В чистую чашку, предварительно протертую тканью, вливают воду, масса которой зависит от свойств гипсового вяжущего. Затем в воду в течение 2-5 секунд всыпают от 300 до 350 г гипсового вяжущего. Массу перемешивают ручной проволочной мешалкой в течение 30 секунд, начиная отсчет времени от начала всыпания гипсового вяжущего в воду. После окончания перемешивания цилиндр, установленный в центре стекла, заполняют гипсовым тестом, излишки которого срезают линейкой. Цилиндр и стекло предварительно протирают тканью. Через 45 секунд, считая от начала засыпания гипсового вяжущего в воду, или через 15 секунд после окончания перемешивания цилиндр очень быстро поднимают вертикально на высоту 15-20 см и отводят в сторону. Диаметр расплыва измеряют непосредственно после поднятия цилиндра линейкой в двух перпендикулярных направлениях с погрешностью не более 5 мм и вычисляют среднее арифметическое значение. Если диаметр расплыва теста не соответствует 180±5 мм, испытание повторяют с измененной массой воды до тех пор, пока не будет достигнут указанный диаметр расплыва. Затраченное количество воды выражают в мл на 100 г гипса. Эта величина характеризует нормальный расход воды для получения гипсового теста нормальной густоты (стандартной консистенции).

Определение сроков схватывания гипсового теста. Для определения сроков схватывания используют гипсовое тесто стандартной консистенции. Сущность метода состоит в определении времени от начала контакта гипсового вяжущего с водой до начала и конца схватывания теста. Сроки схватывания гипсового теста определяют при помощи прибора Вика (см. рис. 1).