З чого роблять гіпс? Область використання та властивості високоміцного та полімерного гіпсів

Гіпс- Мінерал, водний сульфат кальцію. Волокнистий різновид гіпсу називається селенітом, а зернистий - алебастром. Один із найпоширеніших мінералів; термін використовується для позначення складених їм порід. Гіпсом також прийнято називати будівельний матеріал, що отримується шляхом часткового зневоднення та подрібнення мінералу. Назва походить від грецьк. гіпсос, що у давнину позначало і власне гіпс, і крейда. Щільний снігово-білий, кремовий або рожевий тонкозернистий різновид гіпсу відомий як алебастр

Дивіться також:

СТРУКТУРА

Хімічний склад - Ca × 2H 2 O. Сингонія моноклінна. Кристалічна структура шарувата; два листи аніонних груп 2- тісно пов'язані з іонами Ca 2+ складають подвійні шари, орієнтовані вздовж площини (010). Молекули H 2 O займають місця між вказаними подвійними шарами. Цим легко пояснюється досконала спайність, характерна для гіпсу. Кожен іон кальцію оточений шістьма кисневими іонами, що належать до груп SO 4 і двома молекулами води. Кожна молекула води зв'язує іон Ca з одним іоном кисню в тому ж подвійному шарі та з іншим іоном кисню в сусідньому шарі.

ВЛАСТИВОСТІ

Колір найрізноманітніший, але зазвичай білий, сірий, жовтий, рожевий і т.д. Чисті прозорі кристали безбарвні. Домішками може бути пофарбований у різні кольори. Колір риси білий. Блиск у кристалів скляний, іноді з перламутровим відливом через мікротріщини досконалої спайності; у селеніту - шовковистий. Твердість 2 (еталон шкали Моосу). Спайність дуже досконала в одному напрямку. Тонкі кристали та спайні пластинки гнучкі. Щільність 2,31 - 2,33 г/см 3 .
Має помітну розчинність у воді. Чудовою особливістю гіпсу є те, що розчинність його при підвищенні температури досягає максимуму при 37-38°, а потім досить швидко падає. Найбільше зниження розчинності встановлюється при температурах понад 107 ° внаслідок утворення напівгідрату - CaSO 4 × 1/2H 2 O.
При 107°C частково втрачає воду, переходячи в білий алебастровий порошок, (2CaSO 4 × Н 2 О), який помітно розчинний у воді. В силу меншої кількості гідратних молекул алебастр при полімеризації не дає усадки (збільшується в обсязі прибл. на 1%). Під п. тр. втрачає воду, розщеплюється і сплавляється у білу емаль. На вугіллі у відновлювальному полум'ї дає CaS. У воді, підкисленої H 2 SO 4 розчиняється набагато краще, ніж у чистій. Однак, при концентрації H 2 SO 4 понад 75 г/л. розчинність різко падає. У HCl розчинний дуже мало.

МОРФОЛОГІЯ

Кристали завдяки переважному розвитку граней (010) мають таблитчастий, рідко стовпчастий або призматичний вигляд. З призм найчастіше зустрічаються (110) і (111), іноді (120) та ін. Грані (110) і (010) часто мають вертикальну штрихування. Двійники зрощення часті і бувають двох типів: 1) галльські (100) і 2) паризькі (101). Відрізнити їх один від одного не завжди легко. Ті та інші нагадують собою ластівчин хвіст. Галльські двійники характеризуються тим, що ребра призми m (110) розташовуються паралельно двійниковій площині, а ребра призми l (111) утворюють вхідний кут, у той час як у паризьких двійниках ребра призми Ι (111) паралельні двійниковому шву.
Зустрічається у вигляді безбарвних або білих кристалів та їх зростків, іноді забарвлених захопленими ними при зростанні включеннями та домішками у бурі, блакитні, жовті чи червоні тони. Характерні зростки як «троянди» і двійники — т.зв. «ластівчині хвости»). Утворює прожилки паралельно-волокнистої структури (селеніт) у глинистих осадових породах, а також щільні суцільні дрібнозернисті агрегати, що нагадують мармур (алебастр). Іноді у вигляді землістих агрегатів і прихованих кристалічних мас. Також складає цемент пісковиків.
Звичайні псевдоморфози з гіпсу кальциту, арагоніту, малахіту, кварцу та ін, так само як і псевдоморфози гіпсу за іншими мінералами.

ПОХОДЖЕННЯ

Широко поширений мінерал, у природних умовах утворюється різними шляхами. Походження осадове (типовий морський хемогенний осад), низькотемпературно-гідротермальне, зустрічається в карстових печерах та сольфатарах. Осідає з багатих сульфатами водних розчинів при усиханні морських лагун, солоних озер. Утворює пласти, прошарки та лінзи серед осадових порід, часто в асоціаціях з ангідритом, галітом, целестином, самородною сіркою, іноді з бітумами та нафтою. У значних масах він відкладається осадовим шляхом в озерних та морських солоносних басейнах, що відмирають. При цьому гіпс поряд з NaCl може виділятися лише на початкових стадіях випаровування, коли концентрація інших розчинених солей ще не висока. При досягненні деякого певного значення концентрації солей, зокрема NaCl і особливо MgCl 2 замість гіпсу кристалізуватимуться ангідрит і потім вже інші, більш розчинні солі, тобто. гіпс у цих басейнах повинен належати до більш ранніх хімічних опадів. У багатьох соляних родовищах пласти гіпсу (а також ангідриту), перешаровуючись із пластами кам'яної солі, розташовуються в нижніх частинах покладів і в ряді випадків підстилаються лише хімічно обложеними вапняками.

У Росії її потужні гіпсоносні товщі пермського віку поширені по Західному Приураллю, в Башкирії та Татарстані, в Архангельській, Вологодській, Горьковській та інших областях. Численні родовища верхньоюрського віку встановлюються на Півн. Кавказі, у Дагестані. Чудові колекційні зразки з кристалами гіпсу відомі з родовища Гаурдак (Туркменія) та інших родовищ Середньої Азії (у Таджикистані та Узбекистані), Середньому Поволжі, в юрських глинах Калузької області. У термальних печерах Naica Mine (Мексика) було знайдено друзів унікальних за розмірами кристалів гіпсу завдовжки до 11 м.

ЗАСТОСУВАННЯ

Сьогодні мінерал «гіпс» - це в основному сировина для виробництва α-гіпсу та β-гіпсу. β-гіпс (CaSO 4 ·0,5H 2 O) - порошкоподібний в'яжучий матеріал, який отримується шляхом термічної обробки природного двоводного гіпсу CaSO 4 ·2H 2 O при температурі 150-180 градусів в апаратах, що сполучаються з атмосферою. Продукт подрібнення гіпсу - модифікації в тонкий порошок називається будівельним гіпсом або алебастром, при більш тонкому помелі отримують формувальний гіпс або, при використанні сировини підвищеної чистоти, медичний гіпс.

При низькотемпературній (95-100 °C) тепловій обробці в герметично закритих апаратах утворюється гіпс -модифікації, продукт подрібнення якого називається високоміцним гіпсом.

У суміші з водою α і β-гіпс твердіє, перетворюючись знову на двоводний гіпс, із виділенням тепла та незначним збільшенням об'єму (приблизно на 1 %), однак такий вторинний гіпсовий камінь має вже рівномірну дрібнокристалічну структуру, колір різних відтінків білого (залежно від сировини), непрозорий та мікропористий. Ці властивості гіпсу знаходять застосування у різних сферах діяльності.

Гіпс (англ. Gypsum) - CaSO 4 * 2H 2 O

КЛАСИФІКАЦІЯ

Strunz (8-е видання)	6/C.22-20
Nickel-Strunz (десяте видання)	7.CD.40
Dana (7-е видання)	29.6.3.1
Dana (8-е видання)	29.6.3.1
Hey's CIM Ref.	25.4.3

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

Колір мінералу	безбарвний переходить у білий, часто буває пофарбований мінералами-домішками в жовтий, рожевий, червоний, бурий та ін; іноді спостерігається секторіально-зональне забарвлення або розподіл включень за зонами зростання всередині кристалів; безбарвний у внутрішніх рефлексах та напросвіт.
Колір риси	білий
Прозорість	прозорий, напівпрозорий, непрозорий
Блиск	скляний, близький до скляного, шовковистий, перламутровий, тьмяний
Спайність	дуже досконала легко одержувана (010), майже слюдоподібна в деяких зразках; по (100) ясна, що переходить у раковистий злам; (011), дає занозистий злам (001)
Твердість (шкала Мооса)	2
Злам	рівний, раковитий
Міцність	гнучкий
Щільність (виміряна)	2.312 - 2.322 г/см 3
Радіоактивність (GRapi)	0

Ось уже багато століть в архітектурі держав, що мають в основі добре розвинену культуру та мистецтво, цінують прекрасне та неординарне, що зберігають свої історичні пам'ятки та традиції у будівництві та оздобленні, використовується такий матеріал, як гіпс.

Насамперед це пов'язано з його властивостями — пластичністю, природною однорідністю, однотонністю забарвлення, підсумковою твердістю, що дозволяє створювати абсолютно будь-які форми, чи то барельєфний малюнок, чи орнамент з елементів ліпнини чи скульптура. За умови правильної експлуатації, хороших умов зберігання, акуратної реставрації створені вироби можуть служити вічно. Приклад тому — і храмів у всьому світі, які зберегли неповторний інтер'єр із минулих століть до наших днів.

Що потрібно знати майстру про властивості гіпсу та виробів з нього

Гіпс має таку кількість переваг, що його можна назвати справді унікальним матеріалом.

• Екологічність та натуральність.Гіпс — цілком природний матеріал, його досі видобувають дідівським способом. Він максимально екологічний, що ставить таку сировину на багато ступенів вище за будь-який сучасний будматеріал.
• Здатність покращувати мікроклімат.Давно помічено, що в приміщеннях, оброблених ліпниною, дихається дуже легко, навіть якщо на вулиці стоїть спека або дощ. Це легко пояснюється тим, що застиглий гіпсовий розчин має здатність до вологообміну: підвищена волога їм вбирається, а при недостатній кількості води в повітрі — віддається.
• Чуйність до реставрації.На відміну від скла, шкіри, деревини, каменю і навіть металу, ліпнина підлягає повному відновленню. При грамотно виконаних ремонтних роботах вона може мати ідеальний вигляд, навіть якщо їй сто років. Спробуйте відтворити втрачену частину фарфорової або кам'яної чаші так, щоб вона виглядала як нова. Погодьтеся, це неможливо. А ось гіпсові вироби після реставрації не містять видимих ​​слідів роботи майстра.
• Безмежні можливості декору.У вмілих руках гіпс набуває будь-яких форм, на ньому видно навіть найдрібніші деталі. Його можна фарбувати, патинувати, покривати різними складами, що надають блиску чи інших візуальних якостей. Більше того, він не підлягає усадці, тому готовий декор залишиться в первозданному вигляді рівно стільки, скільки захоче власник приміщення.

Ці властивості були визначальними при виборі варіанта багато століть тому, залишаються вони актуальними й донині. Досі найзаможніші люди вважають за краще прикрашати свої родові маєтки ліпниною, а громадські культурні споруди — храми, бібліотеки, музеї — без такого декору просто немислимі. Оформлення приміщення справжньою ліпниною (не варто плутати з дешевкою з поліуретану) - ознака чудового художнього смаку та аристократизму.

Де можна застосовувати гіпс (алебастр)

Гіпс використовується в побуті досить часто:

• будівельні роботи - вирівнювання внутрішніх та зовнішніх стін, стель, вентиляційних коробів, виготовлення перегородок;
• виготовлення вогнезахисних бар'єрів та звукопоглинаючих конструкцій;
• виробництво - гіпсокартон, суха штукатурка, арболіт, гіпсостружкові та гіпсоволокнисті плити тощо;
• оздоблення - оформлення інтер'єру, ландшафтний дизайн, архітектурні елементи, ліпнина, плитка, сувенірні предмети тощо;
• ремонт пошкодженої ліпнини та інших виробів з алебастру;
• як елемент гіпсоцементу найвищої якості.

Характеристики гіпсу для будівельних та оздоблювальних розчинів

Сучасний будівельний гіпс (друга назва - алебастр), що використовується для приготування розчину, робиться класичним способом термообробки гіпсового каменю (150-180 ° С), здобутого в кар'єрах. Отримана сировина проходить стадії розмелювання та просіву, в результаті виходить однорідний порошок з різним розміром частинок - грубого, середнього та тонкого помелів.

Визначають ступінь помелу досі тим самим способом, що й 500 років тому. Отриманий порошок відсівають на дрібнокомірчастому ситі (0,2 мм). Залишок, який не пройшов через сітку, зважують, визначаючи його масу (у відсотках від загальної ваги).

• Якщо великих частинок залишилося багато — до 23%, отриманій сировині надають індекс I, що відповідає грубому помелу.
• До 14% – індекс II – середній помел.
• До 2% - індекс III - високоякісний тонкий помел.

Чим тонший ступінь подрібнення, тим швидше схоплюватиметься розчин. Щоб встановити остаточний вердикт якості, отриманий порошок досліджують на приладі АДП-1 (ПСХ-2), визначаючи його питому поверхню. Вона має відповідати ГОСТ 23789-79.

Важливий параметр - в'язкість розчину, що визначається стандартом ГОСТ 125-79 і залежить якраз від ступеня помелу, тому що розмір часток безпосередньо впливає на водопотребу. Вважається, що для гідратації напівводного алебастру до ступеня двоводного вистачило б 18,6 % води, але такий розчин не підходить для будівельних робіт, тому нормальна в'язкість досягається шляхом додавання 50-70 % води (3-напівгідрат). Якщо потрібний густий розчин, то обмежуються 35-45% води, отримуючи а-напівгідрат. Стандартна консистенція визначається параметром розпливу маси, який повинен перевищувати діаметр 180±5 мм.

Насипна густина гіпсового порошку в природному вигляді - 800-1100 кг/куб. м, в ущільненому - 1250-1450 кг/куб. м. Щільність готового алебастру становить 2,6-2,75 г/куб. див.

Процес виробництва будівельного гіпсу може йти і в іншому порядку: помел-відсів-випал. Якщо потрібно виготовити спеціальні види цього матеріалу (медичний або формувальний), то технологія може бути змінена. При прогріванні гіпсового каменю у вакуумі при зниженні температури до 100°З виході виходить високоміцний алебастр.

Деформативність алебастру

Гіпс при висиханні може змінитися обсягом. Але на відміну від багатьох матеріалів його обсяг не зменшується, а, навпаки, збільшується. Деформативність може досягати 1%. Ця якість є великим плюсом при виготовленні скульптур та ліпнини, оскільки розчин ідеально заповнює форми, дозволяючи отримати дуже чіткий малюнок, без втрати дрібних деталей.

Здатність до розширення залежить від кількості у складі матеріалу розчинного ангідриту. Найбільшої деформативності схильний гіпс, що випалив при підвищених температурах. Знизити цей показник можна кількома способами:

• підвищенням кількості води;
• запровадженням сповільнювачів твердіння;
• добавкою 1% негашеного вапна до 0,1%.

При неправильному приготуванні розчину або при створенні масштабних виробів можлива значна усадка, що призводить до розтріскування гіпсу. Нівелювати процес можна, застосовуючи мінеральні добавки.

Якщо неправильно розраховане співвідношення пластичності розчину до навантажень, що згинають, можливі і пластичні деформації, ймовірність яких зводиться до нуля, коли ліпнина добре висушена. При високій вологості повзучість гіпсу може бути досить великою і візуально помітною. Знизити пластичні спотворення можна пуцолановими гідравлічними присадками в комплексі з портландцементом.

Міцність гіпсу

Гіпс прийнято вважати матеріалом крихким. Насправді він справді легко розколюється, якщо по ньому завдати цілеспрямованого удару. У той же час саме гіпс здатний витримувати великі навантаження на стиск, що дуже важливо для матеріалів, що застосовуються у будівництві. Властивості сучасного гіпсу визначаються нормами ГОСТ 23789-79 та ГОСТ 125-79. Щоб зрозуміти, як правильно поводитися з цим матеріалом, необхідно ознайомитися з низкою понять та характеристик, що безпосередньо впливають на міцність.

• Межа міцності на стиск.Для визначення міцності напівводного гіпсу фахівець виготовляє з дослідного розчину бруски розмірами 4х4х16 см. На застигання відводиться 2 години, після чого зразки випробовують на вигин та стиск. Межа міцності готових виробів ділиться на 12 марок: від Г-2 до Г-7, від Г-10 з кроком 3 до Г-25 де цифра означає міцність на стиск, наприклад, гіпс марки Г-7 витримає тиск до 7 кг/ кв. див.
• Комплексна оцінка.Додатковим маркуванням служить швидкість твердіння (А, В, С) та індекс помелу. Вища категорія якості має характеристики Г-5, індекс III. До гіпсу, призначеного для форм для фарфорово-фаянсових і керамічних виробів, пред'являються підвищені вимоги. Марка від Г-10, схоплювання 6-30 хвилин, тонкість помелу - залишок не більше 1%, водопоглинання від 30%, об'ємне розширення після затвердіння до 0,15%.
• Пористість.Готові гіпсові вироби досить тверді та пористі, обсяг пір може перевищувати 60%, мінімум – 40% (щільний алебастр). Чим більше води — тим пористішим і менш міцним буде виріб, тож норми порушувати не можна. Визначаючи кількість води для розчину, важливо враховувати міру помелу порошку. Чим дрібніші частки, тим більше води може взяти суміш, проте це якраз той випадок, коли зі збільшенням вмісту води (у межах ГОСТ) підсумкова міцність виробів не знижується, а дещо підвищується. Саме тому для найміцніших гіпсових виливків майстри вважають за краще брати порошок з мінімальним розміром частинок.
• Водогіпсове відношення.Зменшенням водогіпсового відношення до 0,4 можна підвищити міцність алебастру до 300%, тому багато майстрів вважають за краще працювати з сировиною, що має низьку водопотребу. Зниження цього показника можна досягти за допомогою застосування спеціальних добавок - сповільнювачів схоплювання, наприклад водорозчинних полімерів або синтетичних жирних кислот. Даний прийом дозволяє знизити густоту суміші до 15%, що підвищує міцність готової ліпнини.
• Межа міцності на розтяг.Показники міцності на розтягування та стиск у гіпсових виробів завжди різні. Слід враховувати, що алебастр виносить розтяг у 10 разів гірше, ніж стиск, тому його не можна застосовувати в умовах, де можлива зміна характеристик основи.
• Вплив вологості на міцність.Ще один важливий момент – вплив вологості на міцність. Чим вище вміст води у повітрі, тим нижча міцність гіпсу на стиск. Наприклад, зволоження ліпнини всього на 1% (при відносній вологості повітря 90-100%), може знизити міцність до 70%. Вологонасичення до 15% призводить до зниження міцності наполовину. Водонасичення до 40% (повне) загрожує руйнуванням зразка, якщо він мав водогіпсове відношення 0,5. Більше щільні вироби виносять підвищену вологість краще. У той же час не варто думати, що будь-який катаклізм може знищити гіпсові зліпки. Достатньо обережно просушити вироби, як їх колишні якості повернуться.
• Коефіцієнт розм'якшення.Залежність виробів із цього матеріалу від вмісту вологи визначається коефіцієнтом розм'якшення. Його обчислюють у такому порядку: спочатку зразки насичують вологою, потім висушують, вираховуючи ставлення отриманих показників. Підсумковий результат, як говорилося, безпосередньо залежить від щільності зразка і може коливатися від 0,3 до 0,5 (чим жорсткіший розчин - тим вище). Варто враховувати, що із застосуванням органічних добавок очікується погіршення міцності, мінеральні присадки впливають незначно.

Терміни та метод зберігання гіпсу

Зберігання сухих порошків вимагає низького рівня вологості, тому мішки (або розсипи в ящиках) зазвичай тримають на високих стелажах (від 50 см). Строки зберігання повинні дотримуватися бездоганно згідно з ГОСТ 2226-75. Порошок, що використовується в керамічній та фарфоровій промисловості, не можна зберігати розсипом.

Купуючи гіпс, потрібно обов'язково звертати увагу на його термін придатності, тому що під час зберігання напівводного гіпсу його властивості навіть при дотриманні всіх норм змінюються. Особливо це помітно першого місяця, коли через вплив вологості повітря знижується його водопотребность, і за перевищенні термінів зберігання.

Процес можна уявити так.

• Сухий свіжий гіпс починає взаємодіяти з вологою, у результаті поверхні зерна напівводного гіпсу утворюється плівка з молекул двугидрата.
• При замішуванні розчину з такої сировини можна відзначити його тривале застигання, тому що плівка не дає напівгідрат швидко зв'язуватися з водою.
• Водопотреба знижується, а міцність готових зліпків унаслідок цього підвищується.

При тривалій витримці процес посилюється.

• Товщина плівки двогідрату збільшується, що призводить до перегідратації порошку.
• Збільшується водопотреба, знижуються пластичність, термін схоплювання та міцність.

Іншими словами, ідеальний для роботи новий алебастр з терміном зберігання 1-2 місяці.

Як зробити розчин гіпсу

Перш ніж зробити розчин (тісто), ви повинні підготувати все для роботи. Якщо про це не подбати, то можна не отримати потрібного результату, оскільки суміш застигне дуже швидко.

Рецепти розчину для заливання форм.

• Вам знадобиться приготувати 2 вагові частини алебастру і 1 частину води. Спочатку налийте в ємність воду, після чого повільно засипайте сухий порошок, інтенсивно розмішуючи дерев'яною лопаткою чи будівельним міксером. Такий розчин може застигати 4-30 хвилин (залежно від тонкості розмелювання).
• До готового розчину додайте до 2% клею тваринного походження (попередньо розчинивши його у воді) або вапняний розчин - це продовжить час застигання.

Майте на увазі, що алебастр практично не розширюється при застиганні, максимальне збільшення обсягу - до 1%, але його потрібно враховувати.

Як регулювати терміни схоплювання гіпсу

Як було зазначено вище, гіпсовий розчин має схильність до швидкого затвердіння, але цей процес можна регулювати. Насамперед майстер повинен розуміти, що саме йому потрібно. Якщо він виконує виливки, то висока швидкість твердіння просто необхідна, тому варто вибирати сировину відповідної якості. Якщо ж виконуються оздоблювальні або реставраційні роботи, то швидкість застигання варто знижувати для отримання часу, який буде необхідний виробництва тієї чи іншої дії.

За часом застигання розчини виходять такими.

• Швидко твердне - 2-15 хвилин з моменту виготовлення розчину.
• Нормально твердне - 6-30 хвилин.
• Повільно твердне - від 20 хвилин.

Термін схоплювання залежить відразу від кількох факторів:

• тонкість помелу (чим дрібніші частки, тим швидше);
• властивості порошку (напівводний гіпс, що включає елементи двогідрату, схоплюється значно швидше);
• технологія виготовлення (впливає температура та тривалість прожарювання сировини);
• термін зберігання;
• температура сировини та води для затвора: холодне тісто твердне довше, ніж нагріте до 40-45°, перегріте до 90° не схоплюється взагалі через втрату розчинності напівводного гіпсу, він більше не переходить у стан двогідрату;
• відсоткове співвідношення води та порошку (чим менше води, тим швидше йде твердіння);
• якість та інтенсивність замішування;
• наявність добавок (пісок, шлак, тирсу, полімери та спеціальні хімічні добавки знижують термін твердіння розчину).

Як вибрати добавки для гіпсу

На сьогоднішній день існує дуже багато різних добавок для розчинів, всі вони мають різний принцип дії і склад. Якщо ви вирішили робити суміш самостійно, не забувайте про те, що пропорції повинні дотримуватися в ідеалі. Порушення цієї вимоги веде до погіршення якості готових виробів: зниження твердості, збільшення здатності до поглинання вологи та утримання вогкості, зменшення пластичності розчину та інших негативних моментів.

Ознайомтеся із каталогом гіпсових виробів Gessostar

Усього можна виділити 5 видів добавок.

Електроліти. У цю групу поєднують присадки, що впливають розчинність сировини без проходження хімічних реакцій. Відсоткове утримання має перевищувати 0,2-3%.

• Прискорюють: Na2S04 KC1.
• Знижують: етиловий спирт, аміак та ін.
• Може бути прискорювачем і сповільнювачем: NaCl.

Інгібітори. Присадки-сповільнювачі, що вступають у реакцію та утворюють малодисоціюючі сполуки. Відсоткове утримання має перевищувати 0,2-3%.

• Борна кислота, фосфат натрію та бура;
• 5-10-відсотковий столярний клей;
• C6H5OH;
• 5-відсотковий – цукру та ін.

Каталізатори. Присадки-прискорювачі, що посилюють кристалізацію. Відсоткове утримання має перевищувати 0,2-3%.

• СаНР04-2Н20, CaS04-2FI20, KCl та інші солі.

ПАР. Поверхнево-активні речовини, що знижують кристалізацію та підвищують пластичність тесту. Ці добавки значно впливають і на жорсткість готових виробів, підвищуючи її. Відсотковий вміст залежить від якості сировини та може регулюватися майстром досвідченим шляхом (0,1-0,3%).

• Вапняно-клейовий розчин, кератин.

Комплексні добавки. Досвідчені майстри рідко використовують якусь одну речовину і мають свої рецепти приготування розчину, тому якість виробів дуже помітно відрізняється. Найчастіше фахівці з'єднують два, а то й три елементи з різних груп, що дозволяє спочатку підвищити пластичність тесту, а потім, коли елемент готовий, прискорити застигання та збільшити міцність готової ліпнини.

Найпоширенішими прискорювачами є сульфат натрію, двоводний гіпс та звичайна кухонна сіль, сповільнювачами – вапняно-клейовий розчин. Добавка ПАР у разі компенсує зниження міцності, викликане присадками.

Мастила для матриць

Якщо ви вирішили працювати з гіпсом, то вам варто придбати особливе мастило для форм, що сприяє легкому поділу зліпка та матриці.

• Для відокремлення гіпсу від гіпсу підходить стеарин і парафін, розчинені в гасі.
• При виготовленні рельєфів зі складним малюнком можна застосовувати мильну піну, мідний купорос, кальциновану соду, поташ.
• У промислових масштабах використовується епоксидна смола, розчинена в ацетоні.
• Для всіх видів виробів існують спеціальні промислові мастила.

У домашніх умовах мастило (кальцієве мило) для форм готується так: 7 частин води змішується з 1 частиною олії та 2 частинами мила.

Ознайомтеся із каталогом гіпсових виробів Gessostar

Як збільшити твердість алебастру

Твердість – дуже корисна якість, що дозволяє уберегти вироби від випадкових подряпин та руйнування. Кожен майстр має свій рецепт посилення твердості. Ось деякі з них.

• Додавання в гіпс вапна, з наступним сушінням при кімнатній температурі.
• Просочення свіжого виробу розчином борнокислого амонію (5%, температура 30 градусів).
• Добавка у воду для розчину крем'яної кислоти (до 50%) з наступним нагріванням виливка до 60 градусів.
• Використання для розчину бури з подальшою обробкою виливки хлористим барієм та гарячим розчином мила.
• Обробка виливків розчином глауберової солі.
• Просочення готового гіпсу мідним або залізним купоросом.
• Витримка в розчині алюмокалієвих галунів (добу) з наступним прогріванням до 550 градусів.

Як збільшити довговічність гіпсу

Гіпс служитиме вічно за умови дотримання норм за температурою та вологістю. Зруйнувати виріб з алебастру може тривала висока вологість із різким коливанням температур чи впливом вітру, а також повне знаходження у воді.

Водостійкість виробів можна регулювати кількома способами:

• ущільнення суміші;
• застосуванням добавок (смоли, кремній, портландцемент, пуцоланові добавки, гранульований шлак);
• обробкою поверхні вологозахищаючими розчинами (синтетичні смоли, баритове молоко, гідрофобні склади).

Ще один небезпечний елемент, здатний вплинути на довговічність – неякісний метал, який використовується для основи. При попаданні вологи таке залізо починає іржавіти, в результаті корозії збільшуючись обсягом і руйнуючи всю конструкцію зсередини. Допускається застосування лише нержавіючих матеріалів або металевих елементів, оброблених особливими антикорозійними засобами.

Вогонь алебастру не страшний, полум'я знищить гіпс лише після 5 годин дії, отже, цей фактор можна не враховувати.

Як бачите, робота з гіпсом потребує величезної кількості знань у галузі хімії, саме тому, незважаючи на доступність та дешевизну сировини, справжніх майстрів цієї справи — одиниці. Зробити примітивний виливок може навіть дитина, а ось зробити дійсно якісну ліпнину, здатну прослужити дуже довго, під силу лише фахівцю з великим досвідом та багатими навичками.

Мінерал, похідний від кальцію – його водний сульфат, який називається гіпс. Він має багато назв-синонімів: монмартит, троянда пустелі, гіпсовий шпат (кристалічні та листові форми). Зразок волокнистої структури – це селеніт, зернистої – алебастр. Йтиметься про різновиди та властивості цього каменю, його поширеність по країні та застосування в будівництві, медицині та інших напрямках господарства.

Історична довідка

В результаті випару морів, що відбулося 20-30 млн років тому, утворився гіпс - мінерал, який стали використовувати стародавні цивілізації. Камінь і сьогодні має великий попит, незважаючи на появу багатьох сучасних матеріалів.

Сталося це майже 10 тисяч років тому. Свідченнями того, що в стародавньому Єгипті, Ассирії, Греції та Римській державі використовували гіпс, є:

В Англії та Франції, починаючи з XVI століття, гіпсом стали покривати дерев'яні будови, захищаючи їх від пожеж. Рік 1700 вважають початком використання мінералу як добрива. Для створення архітектурних форм у Росії XVII-XVIII ст. широко використовували гіпсовий декор, а 1855 р. російський хірург Н. І.

Пирогов під час Кримської війни винайшов і почав застосовувати для лікування поранених гіпсову пов'язку, яка фіксує кінцівки. Це дозволило вберегти багатьох солдатів від втрати руки чи ноги.

Опис мінералу

Мінерал, що виникає з осадових гірських порід, з класу сульфатів отримав назву гіпсу. Його хімічна формула має такий вигляд: CaSO4·2H2O. На вигляд відзначається неметалічний блиск: шовковистий, перламутровий, скляний або матовий. Камінь безбарвний або пофарбований білим, рожевим, сірим, жовтуватим, синім та червоним відтінками. Опис інших показників:

• щільність 2,2-2,4 т/м3;
• твердість за шкалою Моосу 2,0;
• спайність - досконала, легко відокремлюються тонкі пластинки від кристалів шаруватої структури;
• риса, проведена по каменю – біла.

Ось із чого складається гіпс: окис кальцію СаО – 33%, вода Н2О – 21%, триокис сірки SO 3 – 46%. Домішки зазвичай відсутні.

Якщо розглядати камінь як гірську породу, то у складі є кальцит, доломіт, гідроокисли заліза, ангідрит, сірка і власне сам гіпс. Походження осадове, за умовами створення розрізняють первинні форми, які утворилися шляхом хімічного осадження в солоних водоймищах, або вторинні похідні - вони виникли в результаті гідратації ангідриту. Може накопичуватись у зонах самородної сірки та сульфідів: від вітрової ерозії утворюються гіпсові капелюхи, забруднені домішками.

Якість сировини для виробництва гіпсу залежить від вмісту двоводної сірчанокислої солі кальцію CaSO4·2H2O – воно варіює в діапазоні 70-90%. Кінцевою формою для застосування є мінеральний порошок, його отримують розмолом обпаленого в печах, що обертаються, гіпсового каменю.

Властивості та застосування

У природі фізичні особливості будови полягають у різноманітті форм: щільні та зернисті, землісті, листясті та волокнисті, конкреції та пилоподібні маси. У порожнечах виявляються у вигляді друзів кристалів. Розчинність гіпсу у воді підвищується з температурою до 37-38ºС, потім зменшується, і після досягнення 107ºС мінерал переходить у стан напівгідрату CaSO4·½H2O. При додаванні малої кількості сірчаної кислоти у воду розчинність покращується. На СР l реагує слабо.

У готових будівельних сумішах властивості гіпсу передаються самому порошку. Вироби набувають якості основної речовини з характеристиками:

• щільність насипна 850-1150 кг/м3, менші значення для більш тонкого помелу;
• вогнестійкість висока: у алебастру температура плавлення 1450 С;
• схоплюваність - початок через 4-7 хвилин, закінчення - через півгодини, для уповільнення затвердіння додають тваринний клей, розчинний у воді;
• міцність на стиск рядових зразків 4-6 МПа, високоміцних 15-40.

Погана теплопровідність – на рівні цегли (близько 0,14 Вт/(м·град)) дозволяє використовувати вироби на гіпсовій основі у пожежонебезпечних конструкціях. Перші зразки застосування каменю в цій якості знайдені в Сирії – їм понад 9 тисяч років.

Природні види

Геологи встановили кілька десятків різновидів гіпсу, але основних виділяють три. До них відносяться:

Про інші різновиди знають деякі: гіпсовий шпат (великокристалічний і листовий), кишковий або зміїний камінь сірого кольору з білими, червоподібно вигнутими прожилками. Інша маловідома форма – землистий гіпс.

Різновиди для практичного застосування

Використання водного сульфату кальцію спільно з іншими в'яжучими речовинами дозволяє отримати суттєву економію на дорожчих матеріалах. Алебастр, що пройшов стадію переробки, поділяють на наступні класи:

Існують й інші різновиди, але практично користуються обмеженим переліком. Аналогом є дрібнодисперсний пил сірувато-білого кольору – алебастровий порошок, який одержують із гіпсу шляхом термічної обробки.

Інші напрями використання

У необробленому вигляді камінь застосовують як добавку у виробництві портландцементу, виготовлення скульптур та виробів. Перелік додаткових напрямів:

Нетрадиційний напрямок – магія. Вважається, що гіпс притягує добробут та удачу, підказує вчинки людини у складній ситуації. Астрологи рекомендують амулети з цього мінералу особам, що народилися під знаками Лева, Овна та Козерога.

Родовища каменю

Поширення гіпсу в земній корі спостерігається всюди, переважно в пластах осадових порід потужністю 20-30 м. Світовий видобуток складає близько 110 млн. т каменю на рік. Найбільшими виробниками є Туреччина, Канада, США, Іспанія та Іран. З унікальних можна відзначити термальні печери Naica Mine у ​​Мексиці, де було знайдено друзів гігантських кристалів гіпсу завдовжки 11 м.

Численні родовища верхньоюрського періоду розташовані біля країн ближнього зарубіжжя: Північний Кавказ, середньоазіатські республіки. У Росії її налічується 86 промислових покладів, але 90% видобутку посідає 19 родовищ, у тому числі можна назвати 9 найбільших: Баскунчакское, Болоховське, Лазинське, Новомосковське, Оболенское, Павлівське, Плетнівське, Порецьке, Скуратовское. Їхня частка у видобутку 75% від загальноросійської. Більшість родовищ представлені сумішшю гіпсу та ангідриту у співвідношенні 9:1. У Росії щорічно видобувають 6 млн. тонн, що становить 5,5% від світового обсягу.

Мета роботи: Ознайомлення з приладами та методикою дослідження гіпсу.

Обладнання та матеріали:прес гідравлічний, прилад Віка, чашка та лопаточка для приготування гіпсового тіста, ваги електронні, прилад Суттарта, сито №02, лінійка, секундомір, гіпс.

Правила безпеки:з метою запобігання очам від попадання стороннього тіла лабораторну роботу виконувати у захисних окулярах.

Теоретична частина

Мінеральними в'язкими речовинаминазивають штучно одержувані порошкоподібні матеріали, які при затвердінні водою утворюють пластичну речовину, здатну в результаті фізико-хімічних процесів тверднути, тобто переходити в каменевидний стан. Будівельні мінеральні в'яжучі речовини поділяються на три категорії:

Повітряні в'яжучі речовини(вапно, гіпс) характеризуються тим, що, будучи зачиненими з водою, твердіють і тривалий час зберігають міцність лише в повітряному середовищі . У разі систематичного зволоження вони втрачають міцність та руйнуються.

Гідравлічні в'яжучі речовини(портландцемент) характеризуються тим, що після змішування з водою та попереднього твердіння на повітрі здатні далі твердіти як у повітряному, так і у водному середовищі, при цьому міцність їх збільшується.

Кислотостійкі в'яжучі речовини(кислотоупорний кварцовий кремнефтористий цемент) є тонкомолотою сумішшю кварцового піску і кремнефтористого натрію, що зачиняється водним розчином силікату натрію або калію. Ця в'яжуча речовина початкового твердіння в повітряному середовищі може тривалий час. чинити опір агресивному впливу неорганічних та органічних кислот крім фтористо-водневої.

1. Повітряні в'яжучі речовини. Гіпс

Гіпсові в'яжучіділять на 2 групи: низьковипалювальні та високовипалювальні.

Низьковипалювальні гіпсові в'яжучі одержують при нагріванні двоводного гіпсу (CaSO4*2H2О) до температури 150...160°С. При цьому відбувається часткова дегідратація двоводного гіпсу з переходом його до напівводного гіпсу: CaSO4*2H2О → CaSO4*0,5H2O +l,5H2O. До низьковипалювальних в'яжучих відносяться: будівельний, формувальний, високоміцний та медичний гіпс.Сировиною для виробництва низьковипалюв'яжучих є природний гіпсовий камінь (CaSO 4 *2H2О,) а також відходи промислового виробництва, що містять сульфат кальцію -CaSO4.

Висопалювальні(ангідритові) в'яжучіотримують терміче-

Скою випалюванням двоводного гіпсу (CaSO4*2H2О) при вищій температурі – 600...900°С, При цьому двоводний гіпс повністю втрачає хімічно зв'язану воду, внаслідок чого утворюється водний сульфат кальцію – ангідрид CaSO4.

До високовипалювальних в'яжучих відносяться: ангідритовий це-

мент та естрих-гіпс.

Сировиною для виробництва високообпалових в'яжучих є ангідрит CaSO4, а також відходи промислового виробництва, що містять сульфат кальцію -CaSO4.

Будівельний гіпс. Будівельним гіпсом чи алебастром

(ГОСТ 125-79) називають повітряну в'яжучу речовину, одержувану шляхом термічної обробки природного двоводного гіпсу - сульфата кальцію CaSO4*2H20 при температурі 150 - 180°С до перетворення його на напівводний гіпс - сульфат кальцію CaSO 4*0,5H2O, з наступним помелом у тонкий порошок:

Виробництво будівельного гіпсускладається з дроблення, тон-

кого помелу та термічної обробки гіпсового каменю.

Існує 2 способи виробництва будівельного гіпсу:

При випаленні у відкритих апаратах, що сполучені з атмосферою при температурі 150-160°С, коли вода з сировини видаляється у вигляді пари, і гіпсові в'яжучі складаються в основному з дрібних кристалів β - Модифікації.

У шахтних або аеробільних млинах з подальшим випалом при температурі 100°С подрібненого продукту в гіпсоварочних котлах або печах.

Будівельний (напівводний) гіпс є порошком білого або сірого кольору. Колір гіпсу залежить від кількості домішок у гіпсовому камені та чистоти випалу. При виробництві гіпсу допус-

кається вводити добавки з метою регулювання термінів схоплювання та поліпшення фізико-механічних властивостей гіпсу.

Запам'ятай! - Формула будівельного гіпсу - CaSO4*0,5H2O. Формула природного двоводного гіпсу (з чого одержують будівельний гіпс): CaSO4*2H2О.

Реакція одержання будівельного гіпсу:

CaSO4*2H2O→ CaSO4*0,5H2O +l,5H2O.

Оцінка якості будівельного гіпсу

Якість будівельного гіпсу визначають за такими показниками:

За тонкістю помелу;

По нормальній густоті гіпсового тіста;

За термінами схоплювання;

За міцністю при стисканні.

Залежно від якості будівельний гіпс може бути двох сортів, див. таблицю 4.1.

Таблиця 4.1 – Сорти якості гіпсу

Залежно від ступеня помелу будівельний гіпс має три групи (таблиця 4.2).

Таблиця 4.2 - Групи гіпсу за ступенем помелу

Залежно від термінів схоплювання будівельний гіпс має три групи (таблиця 4.3).

Таблиця 4.3 – Групи будівельних гіпсів залежно від термінів схоплювання

Залежно від межі міцності гіпс має такі марки (таблиця 4.4).

Таблиця 4.4 – Марки гіпсів залежно від меж міцності зразка на стиск та вигин

Марка гіпсу	Межа міцності в МПа, не менш	Марка гіпсу		Марка гіпсу	Межа міцності в МПа, не менше
при стисканні	при вигині	при стисканні	при вигині	при стисканні	при вигинанні
Г-2		1,2	Г-6		5,0	Г-16		6,0
Г-3		1,8	Г-7		3,5	Г-19		6,5
Г-4		2,0	Г-10		4,5	Г-22		7,0
Г-5		2,5	Г-13		5,5	Г-25		8,0

Схоплювання та твердіння будівельного гіпсу. Схоплювання та твердіння будівельного гіпсу полягає в тому, що при змішуванні з водою гіпс утворює пластичне тісто, що перетворюється далі на тверде кам'яноподібне тіло з певною міцністю. Основна реакція процесу має такий вигляд:

CaSO4*0,5H2O +l,5H2O = CaSO4*2H2O.

При цьому відбувається виділення з розчину кристаликів гіп-

са та їх зрощення. Процес твердіння гіпсу можна прискорити сушінням при температурі менше 65 градусів.

Початок схоплювання гіпсу має наступати не раніше 6 хв. і не пізніше 30 хвилин після початку замішування водою. Терміни схоплювання та твердіння можна регулювати введенням NaCl, KCl, NaNO та інших речовин, що змінюють розчинність CaSO4*0,5H2O у воді .

Формувальний гіпс . Цей гіпс відрізняється від будівельного.

гіпсу тоншим помелом, більшою міцністю. Отримують його з

Гіпсового каменю, що містить не менше 96% CaSO4*2H2O (тобто домішок не більше 4%)у варильних котлах за певної тривалості циклу та заданої температури . Якість його вища за будівельний гіпс. Він складається також як і будівельний гіпс з β-модифікації CaSO4* 0,5H2O ( β-напівгідрату) і характеризується такими даними:

Тонкість помелу характеризується залишком на ситі № 02 трохи більше 2,5%;

Початок схоплювання - не раніше 5 хвилин;

Кінець схоплювання – пізніше 25 хвилин;

Межа міцності при розтягуванні через 1 добу не менше 1,4 МПа, а через 7 діб – не менше 2,5 МПа (від будівельного гіпсу відрізняється меншою товщиною помелу, підвищеною міцністю і не містить домішок).

Формувальний гіпс застосовують для виготовлення форм, моделей та виробів у будівельній керамічній, машинобудівній та інших галузях промисловості. Вироби з фарфорофаянсової та керамічної маси відливають у формах із формувального гіпсу. Гіпсова форма повинна бути досить міцною і водночас пористою, щоб відсмоктувати воду з шлікеру і при цьому не руйнуватися.

Високоміцний гіпсотримують термічною обробкою висококосортного гіпсового каменю в герметичних апаратах під тиском 0,2...0,3 МПа при 124 0Спротягом 5 годин.

Він складається з α- модифікації CaSO4*0,5H2O. Міцність його сягає 15-40 МПа. Високоміцний гіпс випускають у невеликій кількості та використовують у металургійній промисловості для виготовлення форм.

Ангідритовий цементскладається переважно з ангідриту CaSO4 ("мертво-обпаленого"). Його "оживлюють" добавкою каталізаторів, що підвищують його розчинність і створюють умови для його гідратації. Такими каталізаторами є СаО - 3...5% та ін. ангідритові цементи застосовують для приготування розчинів кладок і штукатур, бетонів, виробництва теплоізоляційних матеріалів, штучного мармуру та інших декоративних виробів.

Естріх-гіпс(високовипалювальний гіпс) утворюється при температурі 800...1000 0С, він складається з ангідриту CaSO4 і СаО (3,..5%), що утворюється при розкладанні CaSO4 ( CaSO4→CaO+-SO3) і викон-

няючого роль каталізатора твердіння. Цей елемент повільно схоплюється та твердіє.

Високовипалювальний гіпс є різновидом ангідритових цементів. Він застосовується для кладочних і штукатурних розчинів, улаштування мозаїчної підлоги та ін. Вироби з цього гіпсу в порівнянні з будівельним гіпсом більш морозостійкі, мають підвищену водостійкість і меншу схильність до пластичних деформацій.

Застосування гіпсу

Будівельний гіпс біла, екологічно чиста, швидкосхоплююча та швидко-твердіюча в'яжуча речовина.Його застосовують для виготовлення будівельних деталей та виробів, для наливної підлоги, клейових композицій, ліпних прикрас, виготовлення формдля лиття художньої кераміки, а також для штукатурних робіт. Гіпс не водостійкий і не підходить для виконання зовнішніх робіт, але при додаванні цементу - він стає водостійким. Гіпс широко використовується у медицині. Гіпсові панелі та перегородки добре поглинають звук. Гіпс вогнестійкий і добре тримає тепло. Крім будівельного гіпсу, знаходять застосування (в обмежених обсягах) інші гіпсові в'яжучі речовини: гіпс формований, гіпс високоміцний.

Водопотреба гіпсових в'яжучих

Водопотребагіпсового в'яжучого визначається кількістю води (у відсотках від маси в'яжучого), необхідною для одержання гіпсового тесту стандартної консистенції.

Теоретично для гідратації напівводного гіпсу потрібно 18,6% води від маси гіпсового в'яжучого, Практично для одержання пластичної суміші, що зручно формується, будівельний гіпс вимагає 50...70% води, а високоміцний - 30...40%. Надлишкова вода випаровується, утворюючи пори, тому гіпсові вироби мають високу пористість.

Перед тим, як ви почнете вивчати цю статтю, хочу зробити невеликий вступ... Тема гіпсу у мене виникла невипадково. Я зібрався робити. У цьому плані це перший досвід. Перше, що починаю робити у разі - вивчаю матеріал, тобто. я спробував дізнатися про будівельний гіпс все.

Спочатку тема мені здавалася простою, але це виявилося не так, тому й роблю передмову. Почнемо з того, що природний . Але це не все. Гіпс отримують як відхід хімічної промисловості (наприклад, ) і він йде з домішками і, як правило, погіршують властивості гіпсу, як в'яжучого. Та й у природі гіпс йде з домішками. Домішки прибирають, але вони частково залишаються, тому потрібно розуміти, що купуючи гіпс у різних виробників, ви купуєте різний матеріал. Якщо ви самостійно додаєте модифікуючі добавки та купили гіпс виробника з яким раніше не працювали, то краще зробити пробний заміс та нанесення тестового шару.

Гіпс буває β-модифікації та α-модифікації. Відрізняються лише способом приготування (дегідрації). β-модифікації роблять нагріваючи двоводний гіпс у відкритих печах і вода виходить пором, утворюючи найдрібніші пори, що погіршує міцність, тому що. за будь-якої тонкощі помелу виходять пористі частинки. α-модифікацію роблять в автоклавах під тиском і вода виходить крапельним способом, що робить напівводний гіпс монолітним, що покращує міцність. α-модифікація складна у виробництві, відповідно виходить дорогий гіпс і використовується лише в медицині та частково у скульптурі.

Алебастр - це назва природного зернистого гіпсу, який має дрібніше структурне зерно. У деяких місцях пишуть, що будь-який будівельний гіпс – алебастр. Це не так. Алебастр є зернистим гіпсом, але не будь-який зернистий гіпс є алебастром. Він і в природі від простого зернистого гіпсу відрізняється на вигляд і схожий на мармур. Алебастр за своєю природою дрібнозернистий, тому є можливість при помелі отримати дрібніше зерно, ніж у простого зернистого гіпсу. Порошок з дрібнішим зерном має велику площу поверхні частинок, а отже, швидше вступає в реакцію з водою і швидше твердне. Будівельний Алебастр – це напівводний гіпс, отриманий із природного алебастру.

Є ще один важливий момент. Гіпс β-модифікації, який тільки продається в готових сумішах і так складається з пористих частинок, але для приготування робочого розчину потрібної плинності доводиться додавати води в 2 рази більше, ніж потрібно для хімічної реакції. Зайва вода виходить випаровуванням, створюючи додаткові пори і ще зменшує міцність. Тому якщо вам важлива міцність, зменшуйте воду і застосовуйте добавки, що збільшують плинність і використовуйте гіпс з дрібним помелом.

Будівельний гіпс- це в'яжучі речовини, які отримують з гіпсового каменю або відходів хімічної промисловості.

При випалюванні гіпсового каменю відокремлюється хімічно зв'язана вода і в залежності від температури утворюються різні форми гіпсу. За 100 градусів Цельсія починається формування напівгідратного гіпсу. При його замішуванні у воді знову утворюється дигідрат сульфату кальцію. Цей замкнутий цикл було відкрито приблизно 20 тисяч років тому. Люди споруджували вогнища з гіпсового каменю і, ймовірно, помічали, як обпалений гіпс, що розсипався, перетворюється під дощем знову на камінь. У шумерських та вавілонських клинописах зустрічаються згадки про гіпс та його застосування.

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

Щільність напівводного гіпсу

Щільність затверділого гіпсового каменю низька (1200-1500 кг/м3) через значну пористість (60-30% відповідно).

Розширення при твердінні

Гіпсове в'яжуче - одне з небагатьох в'яжучих, що розширюються при твердінні. Збільшення обсягу при схоплюванні та твердінні на 0,5-1%. При висиханні зменшення обсягом на 0,05-0,1%. Ця особливість гіпсових в'яжучих дозволяє застосовувати їх без наповнювачів, не боячись розтріскування від усадки.

Горючість

Гіпсові матеріали не тільки є негорючими матеріалами, але через свою пористість уповільнюють передачу теплоти, а при дії високих температур в результаті термічної дисоціації виділяють воду, тим самим гальмуючи поширення вогню. У сухих умовах експлуатації або при запобіганні дії води (гідрофобізуючі покриття, просочення тощо) гіпс дуже перспективне з технічної та екологічної точок зору в'яжуче.

Різновид гіпсу

Гіпс β-модифікації

Гіпс β-модифікації отримують при температурі 150-180°C апаратах, сполучених з атмосферою. Продукт подрібнення гіпсу - модифікації в тонкий порошок до або після обробки називається будівельним гіпсом або алебастром, при більш тонкому помелі отримують формувальний гіпс або, при використанні сировини підвищеної чистоти, медичний гіпс.

Гіпс α-модифікації

Гіпс - модифікації отримують при низькотемпературній (95-130°C) тепловій обробці в герметично закритих печах. З нього роблять високоміцним гіпс.

Алебастр

Алебастр(Від гр. Alebastros - білий) - швидкотвердіюче повітряне в'яжуче, що складається з напівводного сульфату кальцію CaSO 4 . 0,5Н 2 Про, одержуваного низькотемпературною обробкою гіпсової сировини.

Алебастр – гіпс β-модифікації, порошкоподібний в'яжучий матеріал, отриманий шляхом термічної обробки у відкритих печах при температурі 150-180 градусів природного двоводного гіпсу CaSO 4 · 2H 2 O. Отриманий продукт подрібнюють тонкий порошок. При більш тонкому помелі одержують формувальний гіпс. Для медичного гіпсу використовують сировину підвищеної чистоти.

Ангідрит

Ангідрит – природний безводний гіпс. Ангідритове в'яжуче повільно схоплюється і твердне повільно, складається з безводного сульфату кальцію CaSO 4 і активізаторів твердіння.

Естріх-гіпс

Високовипалювальний естрих-гіпс одержують випалом природного гіпсового каменю CaSO 4 . 2Н 2 Про до високих температур (800-950 ° С). При цьому відбувається його часткова дисоціація з утворенням СаО, який є активізатором твердіння ангідриту. Остаточним продуктом твердіння такого в'яжучого є двоводний гіпс, що визначає експлуатаційні властивості матеріалу.

Технологічні властивості естрих-гіпсу суттєво відрізняються від властивостей звичайного гіпсу. Термін схоплювання естрих-гіпсу: початок не раніше 2 годин, кінець - не нормується. Завдяки зниженій водопотребі (у естрих-гіпсу вона становить 30-35% проти 50-60% у звичайного гіпсу) естрих-гіпс після затвердіння утворює щільніший і міцніший матеріал.

Міцність зразків - кубів із розчину жорсткої консистенції складу - в'яжуче: пісок = 1:3 через 28 діб твердіння у вологих умовах - 10-20 МПа. За цим показником встановлюють марку естрих-гіпсу: 100, 150 або 200 (кгс/см 2).

Естріх-гіпс застосовували наприкінці XIX – на початку XX ст. для кладок і штукатурних розчинів (у тому числі і для отримання штучного мармуру), влаштування безшовної підлоги, основ під чисті підлоги і т.п. В даний час це в'яжуче застосовують обмежено.

Властивості будівельного гіпсу

Ступінь помелу

За тонкістю помелу, яка визначається максимальним залишком проби гіпсу при просіюванні на ситі з отворами 0,2 мм, гіпсові в'яжучі ділять на три групи: грубий, середній, тонкий.

Міцність на стиск та вигин

Марку гіпсу визначають випробуванням на стиск та вигин стандартних зразків - балочок 4 х 4 х 16 см через 2 години після їх формування. За цей час гідратація та кристалізація гіпсу закінчується.

Встановлено 12 марок гіпсу за міцністю від 2 до 25 (цифра показує нижню межу міцності при стисканні цієї марки гіпсу в МПа). У будівництві використовується переважно гіпс марок від 4 до 7.

Відповідно до ГОСТ 125-79 (СТ РЕВ 826-77) залежно від межі міцності на стиск розрізняють такі марки гіпсових в'яжучих:

Марка в'яжучого	Мінімальна межа міцності зразків-балочок розмірами 40х40х160 мм у віці 2 год, МПа (кгс/см 2), не менше
	при стисканні	при вигині
Г-2	2(20)	1,2(12)
Г-3	3(30)	1,8(18)
Г-4	4(40)	2,0(20)
Г-5	5(50)	2,5(25)
Г-6	6(60)	3,0(30)
Г-7	7(70)	3,5(35)
Г-10	10(100)	4,5(45)
Г-13	13(130)	5,5(55)
Г-16	16(160)	6,0(60)
Г-19	19(190)	6,5(65)
Г-22	22(220)	7,0(70)
Г-25	25(250)	8,0(80)

При зволоженні затверділий гіпс не тільки суттєво (в 2-3 рази) знижує міцність, але й виявляє небажану властивість - повзучість - повільна незворотна зміна розмірів та форми під навантаженням.

Нормальна густота (водопотреба або водогіпсове відношення)

Нормальна густота (стандартна консистенція) гіпсового тіста характеризується діаметром розпливу гіпсового тіста, що випливає з циліндра при його піднятті на висоту не менше ніж на 100 мм. Діаметр розпливу повинен дорівнювати (180±5)мм. Кількість води є основним критерієм визначення властивостей гіпсового в'яжучого: часу схоплювання, межі міцності, об'ємного розширення і водопоглинання. Кількість води виражається у відсотках, як відношення маси води, необхідної для отримання гіпсової суміші стандартної консистенції, до маси в'яжучого в грамах.

При виготовленні гіпсових виробів методом лиття потрібно 60-80% води від маси будівельного чи формувального гіпсу та 35-45% води від маси високоміцного гіпсу.

При замішуванні гіпсового в'яжучого водою на протікання хімічної реакції гідратації напівгідрату CaSO 4 теоретично витрачається 18,6% води, а надмірна кількість води, що залишилася в порах затверділого виробу, при твердінні випаровується і викликає характерну для гіпсових виробів високу пористість - 50-6 обсягу затверділого виробу. Тобто, чим менше використовується води при замішуванні гіпсового тіста і менше значення нормальної густоти при досягненні хорошої зручності тіста, тим щільніше і міцніше гіпсовий виріб.

Нормальна густота гіпсового в'яжучого залежить від безлічі факторів, головні з яких - вид гіпсового в'яжучого, тонина помелу, форма та розміри кристалів напівгідрату.

Для зниження водопотреби гіпсового в'яжучого використовують добавки - розріджувачі (пластифікатори), що збільшують рухливість і зручність гіпсової маси без зменшення міцнісних показників властивостей.

До таких добавок відносяться:

• глюкоза;
• меляса;
• декстрин (вводяться в гіпсове в'яжуче в суміші з вапном);
• сульфітно-спиртова барда (ССБ) та її термополімери;
• двовуглекисла сода;
• глауберова сіль та ін.

Добавка 0,1% розчину Ca-Cl 2 до гіпсового каменю в процесі варіння інтенсифікує процес варіння, знижує водопотребу та прискорює терміни схоплювання гіпсового в'яжучого.

При зберіганні гіпсових в'яжучих повітря їх водопотребность дещо знижується (відбувається "штучне старіння" гіпсу), що призводить до спотворення результатів визначення міцності при стандартних випробуваннях.

У практичній діяльності іноді виробляють зволоження гіпсового в'яжучого пором спеціально зниження водопотреби, деякого підвищення пластичності тіста і міцності виробів. Кількість водної добавки в гіпсове в'яжуче становить близько 5%, при цьому відбувається часткова гідратація поверхневих шарів зерен гіпсу і зміна їх змочування при подальшому замішуванні в'яжучого гіпсового водою. Однак, тривале зберігання гіпсових в'яжучих (більше 3 місяців) у присутності водяної пари неприпустимо, тому що через передчасну гідратацію гіпсу значно знижується його активність.

Морозостійкість

15-20 і більше циклів заморожування та відтавання.

Армування

Сталева арматура в гіпсових виробах за умов нейтрального середовища (рН=6,5-7,5) піддається інтенсивній корозії. Зволожується гіпс за рахунок його гарної гігроскопічності (здатність поглинати вологу з повітря).

Гіпс добре зчепляється з деревиною і тому його доцільно армувати дерев'яними рейками, картоном або целюлозними волокнами і наповнювати стружками і тирсою.

Гіпс, як в'яжучий матеріал

Гіпсові в'яжучі – це матеріали на основі напівводного гіпсу або ангідриту. Належать до повітряних в'яжучих речовин.

Залежно від способу отримання гіпсові в'яжучі (ГВ) речовини поділяються на три основні групи:

• I - в'яжучі, одержувані термічною обробкою гіпсової сировини: низьковипалювальні (випалювальні та варильні) та високовипалювальні: α

  Напівгідрат сульфату кальцію (або їх суміш), а також розчинний ангідрит (цілком зневоднений гіпс або навіть частково дисоційований ангідрит, що містить невелику кількість вільного оксиду кальцію).

• II - в'яжучі, одержувані без термічної обробки (безвипалювальні): природний ангідрит, для активації твердіння вводяться спеціальні добавки.
• III - в'яжучі, одержувані змішуванням гіпсових в'яжучих I або II груп з різними компонентами (вапно, портландцемент та його різновиди, активні мінеральні добавки, хімічні добавки та ін.).

В'язкі І та ІІ груп є неводостійкими (повітряними) гіпсовими в'яжучими (НГВ). В'язкі III групи відносяться, за деяким винятком, до водостійких гіпсових в'яжучих (ВГВ).

Для виробництва зазначених у табл.1.1 гіпсових в'яжучих речовин застосовують природну гіпсову, ангідритову сировину або гіпсовмісні відходи.

Залежно від температури теплової обробки гіпсові в'яжучі поділяють на дві групи:

Низьковипалювальна група

Низьковипалювальні (власне гіпсові, на основі CaSO 4 . 0,5H 2 O), які отримують при температурі 120-180°С. Вони характеризуються швидким твердінням та порівняно низькою міцністю. До них відносяться:

• будівельний гіпс, у тому числі алебастр;
• формувальний гіпс;
• високоміцний гіпс;
• медичний гіпс;

Високовипалювальна група

Високопалювальні (ангідритові, на основі CaSO 4), одержувані при температурах 600-900°С. Ангідритові в'яжучі відрізняються від гіпсових повільним твердінням та вищою міцністю. До них відносяться:

• естрих-гіпс (високовипалювальний гіпс);
• ангідритовий цемент;
• оздоблювальний цемент.

Перевага гіпсового в'яжучого:

• висока швидкість схоплювання;
• хімічна нейтральність, тобто екологічність матеріалу;
• задовільна міцність;
• зручність нанесення, пластичність.

Недоліки гіпсового в'яжучого:

• обмежена водостійкість;
• обмежена сфера застосування, переважно для внутрішніх будівельних та оздоблювальних робіт;
• недостатня термостійкість;

Схоплювання гіпсу

За термінами схоплювання, що визначаються на приладі Віка, гіпс ділять на три групи (А, Б, В):

Час твердіння гіпсу залежить від марки гіпсу, кількості води, температури води, від дисперсності гіпсу. При малому вмісті води суміш погано заливається, швидко твердне, виділяє підвищену кількість тепла з одночасним збільшенням кількості об'єму.

Час твердіння гіпсу з підвищенням температури води збільшується, тому слід використовувати холодну воду.

Уповільнюють схоплювання гіпсу за допомогою добавок:

• столярний клей;
• сульфітноспиртова барда (ССБ);
• технічний лігносульфонат (ЛСТ);
• кератиновий сповільнювач;
• Борна кислота;
• бура;
• полімерні дисперсії (наприклад, ПВА).

Твердіння гіпсу

Хімізм твердіння гіпсу полягає в переході напівводного сульфату кальцію при замішуванні його водою в двоводний: CaSO 4 . 0,5Н 2 Про + 1,5 H 2 O → CaSO 4 . 2Н 2 О. Зовні це виявляється у перетворенні пластичного тіста на тверду камнеподібну масу.

Причина такої поведінки гіпсу полягає в тому, що напівводний гіпс розчиняється у воді майже в 4 рази краще ніж двоводний (розчинність відповідно 8 і 2 г/л у перерахунку на CaSO 4). При змішуванні з водою напівводний гіпс розчиняється до утворення насиченого розчину і гідратується, утворюючи двогідрат, по відношенню до якого розчин виявляється пересиченим. Кристали двоводного гіпсу випадають в осад, а напівводний знову починає розчинятися і т.д.

Надалі процес може йти шляхом безпосередньої гідратації гіпсу в твердій фазі. Кінцевою стадією твердіння, що закінчується через 1-2 години, є утворення кристалічного зростка досить великих кристалів двоводного гіпсу.

Частина об'єму цього зростка займає вода (точніше, насичений розчин CaSO 4 . 2Н 2 Про у воді), що не вступила у взаємодію з гіпсом. Якщо висушити гіпс, що затвердів, то міцність його помітно (в 1,5-2 рази) підвищиться за рахунок додаткової кристалізації гіпсу із зазначеного вище розчину по місцях контактів вже сформованих кристалів.

При повторному зволоженні процес протікає у зворотному порядку, і гіпс втрачає частину міцності. Причина наявності вільної води в гіпсі, що затвердів, пояснюється тим, що для гідратації гіпсу потрібно близько 20% води від його маси, а для утворення пластичного гіпсового тіста - 50-60% води. Після затвердіння такого тесту в ньому залишиться 30-40% вільної води, що становить близько половини обсягу матеріалу. Цей обсяг води утворює пори, тимчасово зайняті водою, а пористість матеріалу, як відомо, визначає багато його властивостей (щільність, міцність, теплопровідність та ін.).

Різниця між кількістю води, необхідною для твердіння в'яжучого і для отримання з нього тесту, що зручно формується, - основна проблема технології матеріалів на основі мінеральних в'яжучих. Для гіпсу проблема зниження водопотреби і, відповідно, зниження пористості та підвищення міцності була вирішена шляхом отримання гіпсу термообробкою не на повітрі, а в середовищі насиченої пари (в автоклаві при тиску 0,3-0,4 МПа) або розчинах солей (СаСl 2 .MgCl 2 та ін.). У умовах утворюється інша кристалічна модифікація напівводного гіпсу - α-гіпс, має водопотребу 35-40 %. Гіпс α

Модифікації називають високоміцним гіпсом, оскільки завдяки зниженій водопотребі він утворює при твердінні менш пористий і міцніший камінь, ніж звичайний гіпс β-модифікації. Через труднощі виробництва високоміцний гіпс не знайшов широкого застосування у будівництві.

Виробництво будівельного гіпсу

Сировина для будівельного гіпсу

Сировиною для гіпсу служить переважно природний гіпсовий камінь, що складається з двоводного сульфату кальцію (CaSO 4 . 2Н 2 Про) та різних механічних домішок (глини та ін.).

ГОСТ 4013 - 82 гіпсовий камінь для виробництва гіпсових в'яжучих речовин повинен містити:

І сорт	не менше	95 %	CaSO 4 . 2H 2 O+ домішки
ІІ сорт	не менше	90%	CaSO 4 . 2H 2 O+ домішки
ІІІ сорт	не менше	80%	CaSO 4 . 2H 2 O+ домішки
ІV сорт	не менше	70%	CaSO 4 . 2H 2 O+ домішки

Домішки: SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 .

В якості сировини можуть використовуватися також гіпсосодержащіе промислові відходи, наприклад, фторогіпс, борогіпс - утворюються при обробці кислотами відповідної сировини, наприклад

Ca 5 (PO 4) 3 F + H 2 SO 4 → H 3 PO 4 + HF + CaSO4 . nH 2 O

Все це вказує на те, що проблем із сировиною для гіпсових в'яжучих немає.

Схеми дегідратації будівельного гіпсу

В основі отримання будь-якого в'яжучого гіпсового лежить дегідратація сировинних компонентів при термообробці. Залежно та умовами у міру підвищення температури утворюються різні продукти дегідратації.

Загальна схема дегідратації двоводного сульфату кальцію можна представити схематично:

На схемі наведено температуру переходів у лабораторних умовах; на практиці, в умовах великої кількості матеріалу та флуктуації хімічного складу, для прискорення випалу доводиться застосовувати більш високі температури.

Залежно від температури та умов випалу можна отримати напівводний сульфат кальцію (напівгідрат) α

І β-модифікацій, α

І β-розчинний ангідрит, нерозчинний ангідрит.

Сьогодні загальновизнано, що освіта α

Або ? ; β-модифікація напівводного гіпсу виходить при нагріванні до 100-160°С у відкритих апаратах (печах, що обертаються, або варильних котлах) при видаленні води у вигляді пари.

Високоміцний - напівгідрат кристалізується у вигляді добре сформованих великих прозорих голок або призм; Простий будівельний гіпс - β-напівгідрат - складається з дрібних погано виражених кристаликів, що утворюють агрегати.

Цим обумовлені різні властивості продукту: β-напівгідрат відрізняється більш високою водопотребою, більшою швидкістю взаємодії з водою, меншою щільністю та міцністю одержуваного гіпсового каменю. Незважаючи на це, β-напівгідрат суттєво дешевше і становить основну частину гіпсових в'яжучих.

Для практичних цілей особливе значення мають умови отримання модифікацій напівводного сульфату кальцію (напівгідрату). Реакція дегідратації двоводного гіпсу з утворенням напівгідрату протікає з поглинанням теплоти та має вигляд:

2(CaSO 4 . 2H 2 O) => 2CaSO 4 . H 2 O + 3H 2 O

Цю реакцію часто записують у дещо умовному вигляді:

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

Заводський будівельний гіпс, що обпалюється при температурах вищих, ніж теоретично необхідні для утворення напівгідрату, містить, крім напівводного гіпсу, також розчинний і навіть нерозчинний ангідрит, що позначається на властивостях продукту. Розчинний ангідрит на повітрі поглинає вологу і перетворюється на напівгідрат.

Отже, у дещо перепаленого гіпсу при вилежуванні якість підвищується, тоді як домішка недопаленого гіпсу при недостатньому випалі є баластом і несприятливо впливає на механічну міцність затверділого в'яжучого, а також на швидкість схоплювання.

Одночасний вміст у будівельному гіпсі розчинного ангідриту та сирого гіпсу викликає дуже швидке схоплювання, тому що перший швидко розчиняється і переходить у двоводний гіпс, а другий створює центри кристалізації.

Промислове отримання гіпсового в'яжучого

Будівельний гіпс отримують із застосуванням варильних котлів, печей, що обертаються, і установок суміщеного помелу і випалу. Найбільш поширене виробництво будівельного гіпсу із застосуванням варильних котлів.

Стадії виробництва:

• Дроблення гіпсового каменю (щокова та молоткова дробарка).
• Помел суміщений з сушінням (шахтний млин).
• Теплова обробка при атмосферному тиску або автоклаві (варіння в гіпсовому котлі).
• Томлення (вилягання у бункері).
• Вторинний помел (кульовий млин).

Застосування гіпсу

• Широко застосовується у промисловості та будівництві, як будівельний матеріал. У чистому вигляді застосовують рідко, переважно використовують як добавки, як сполучна. Найголовніша сфера застосування - влаштування перегородок.
• У ремонті використовують як основний оздоблювальний або вирівнюючий матеріал. Для вирівнювання використовують панелі заводського виготовлення, гіпсове каміння, гіпсокартонні листи.
• Із гіпсу роблять акустичні плити.
• У різних варіантах його застосовують для вогнезахисних покриттів металевих конструкцій.
• Невеликий за обсягом, але важливий напрямок використання гіпсу: декоративні архітектурні деталі (ліпнина) та скульптура.
• Обпалений гіпс застосовують для виготовлення форм (наприклад, для кераміки) для виливків та зліпків (барельєфи, карнизи тощо). З нього виготовляють міцні форми для заливання фігур.
• У стоматології використовують із виготовлення зліпків зубів.
• У медицині фіксації при переломах (медичний гіпс).

Історія застосування гіпсу

Гіпс є одним із найдавніших мінеральних в'яжучих. У Малій Азії гіпс використовували для декоративних цілей за 9 тисяч років до н. При археологічних розкопках в Ізраїлі знаходили підлогу, вкриту гіпсом за 16 тисяч років до н. Гіпс був відомий і в Стародавньому Єгипті, його використовували при будівництві пірамід. Знання про виробництво будівельного гіпсу з Єгипту поширилися на острів Кріт, там у палаці царя Кноссос багато зовнішні стіни були зведені з гіпсового каменю. Шви у кладці були заповнені гіпсовим розчином. Далі відомості про гіпс через Грецію прийшли до Риму. З Риму інформація про гіпс поширилася у центральній та північній Європі. Особливо майстерно застосовували гіпс у Франції. Після витіснення римлян з центральної Європи знання про виробництво та застосування гіпсу було втрачено у всіх регіонах на північ від Альп.

І лише з 11 століття використання гіпсу знову почало зростати. Під впливом монастирів поширилася технологія, через яку порожнечі всередині фахверкових будівель заповнювали сумішшю гіпсу з сіном або кінським волоссям. У раннє середньовіччя в Німеччині, особливо в Тюрінгії, було відомо застосування гіпсу для стяжок для підлоги, розчинів кладок, декоративних виробів і пам'ятників. У Саксен-Анхальті збереглися залишки гіпсової підлоги ХІ століття.

Кладка та стяжки, виконані в ті давні часи, відрізняються незвичайною довговічністю. Їхня міцність можна порівняти з міцністю нормального бетону.

Особливість цих середньовічних гіпсових розчинів полягає в тому, що в'яжучі та наповнювачі складалися з ідентичних матеріалів. Як наповнювачі використовували гіпсовий камінь, подрібнений до круглих зерен, не загострених і непластинчастих. Після твердіння розчину утворюється зв'язана структура, що складається тільки з сульфату дигідрату кальцію.

Ще однією особливістю середньовічних розчинів є висока тонина помелу гіпсу та екстремально низька водопотреба. Співвідношення води до в'яжучого становить менше 0,4. Розчин містить мало повітряних пір, його щільність приблизно дорівнює 2,0 г/см3. Пізніші гіпсові розчини вироблялися з набагато більшою водопотребою, тому їх щільність і міцність значно менші.