Свойства строительного гипса

ВВЕДЕНИЕ

Строительный и высокопрочный гипсы - быстросхватывающиеся вяжущие вещества. Сроки схватывания гипса зависят от свойств сырья, технологии изготовления, длительности хранения, количества вводимой воды, температуры вяжущего вещества и воды, условий перемешивания, наличия добавок. Быстрее всех схватывается полуводный гипс, содержащий некоторое количество частичек неразложившегося двугидрата, являющихся центрами кристаллизации и вызывающих ускоренную гидратацию полуводного гипса. Однако в ряде случаев быстрое схватывание нежелательно. Для регулирования сроков схватывания (ускорения и замедления) в гипс при затворении вводят различные добавки.

Гипсовые вяжущие и материалы на их основе являются экологически чистыми по сравнению с цементными, имеют более выгодные показатели по:

¾ пониженной плотности;

¾ тепло- и звукопроводности;

¾ повышенной пожаростойкости и декоративности;

¾ обеспечению благоприятного микроклимата в помещениях.

Гипсовые вяжущие могут использоваться в производстве многих видов строительных материалов, для изготовления которых, в настоящее время, используется портландцемент. Однако широкое применение немодифицированных гипсовых вяжущих взамен цемента ограничивается их пониженной прочностью и низкой водостойкостью. Вместе с тем, многочисленными отечественными и зарубежными исследованиями и опытом эксплуатации установлена возможность получения модифицированных и смешанных гипсовых вяжущих, позволяющих получать материалы на их основе с достаточной прочностью и водостойкостью и применять их взамен материалов на основе цемента.

 

 

ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫПУСКАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ

Гипсовыми вяжущими веществами называют материалы, состоящие из полуводного гипса или ангидрита и получаемые обычно тепловой обработкой исходного сырья и его помолом [5, стр.19]. В зависимости от температуры тепловой обработки гипсовые воздушные вяжущие вещества разделяют на две группы:

1. Низкообжиговые (собственно гипсовые): получают тепловой обработкой при низких температурах (110-180° С); они состоят главным образом из полуводного гипса CaSO₄·0,5 Н₂О и характеризуются быстрым твердением.

2. Высокообжиговые (ангидритовые): обжигают при высоких температурах (600-900°С); в них преимущественно входит безводный гипс (ангидрит CaSО4), отличаются медленным твердением.

К низкообжиговым гипсовым вяжущим веществам относятся:

¾ строительный гипс;

¾ формовочный гипс;

¾ высокопрочный (технический) гипс;

¾ гипсовые вяжущие из гипсосодержащих материалов.

Высокообжиговыми являются:

¾ ангидритовое вяжущее (ангидритовый цемент);

¾ высокообжиговый гипс (эстрих-гипс).

Строительный гипс

Строительным гипсом - вяжущее вещество, состоящее из β-полуводного гипса и получаемое обжигом природного гипса с последующим или предшествующим этой обработке измельчением в тонкий порошок [5, стр.28].

Обжигают строительный гипс в тепловых установках, в которых кристаллизационная вода, в основном в виде пара, выделяется из двуводного гипса, что сопровождается образованием преимущественно β-полугидрата.

Двугидрат переходит в полугидрат по схеме (с поглощением тепла):

CaSО₄·2Н₂О = CaSO₄·0,5 Н₂О + 1,5 Н₂О

Для получения 1 кг β-полуводного гипса из двугидрата теоретически необходимо затратить 580 кДж тепла.

Двуводный гипс, при переходе в полуводный, теоретически теряет воду в количестве 15,76% своей массы. Следовательно, теоретический коэффициент выхода полуводного гипса равен: 1-15,76/100≈0,842, а соответствующий коэффициент расхода двугидрата на единицу массы полугидрата составляет: 1:0,842=1,188.

В России сложилась парадоксальная ситуация с применением гипсовых

материалов в строительстве:

1. При огромных запасах природного гипса в России его производство и применение в несколько раз ниже, чем в развитых зарубежных странах – на диаграмме 1 приводится потребление природного гипса в 2007 г. в млн.т,;

2. При более низкой себестоимости гипсовых вяжущих их стоимость у нас почти не отличается от стоимости цемента, тогда как, например, в США стоимость гипсового вяжущего почти в 5 раз меньше стоимости портландцемента;

3. В России практически не используются синтетический гипс и отходы.

Свойства строительного гипса

Рассмотрим виды полуводного гипса по основным свойствам:

1. Плотность колеблется в пределах 2,6-2,75 г/см³.

2. Объемная масса:

2.1 В рыхлонасыпанном состоянии обычно составляет 800-1100кг/м³.

2.2 В уплотненном состоянии - 1250-1450 кг/м³.

3. Затвердевший гипс представляет собой твердое тело с высокой пористостью, достигающей 40-60% и более.

4. Водопотребность гипса увеличивается с повышением степени его измельчения и значительно снижается при введении с водой затворения замедлителей схватывания (кератинового, известково-клеевого, замедлителя В. В. Помазкова и др.) в количестве до 0,1-0,3% массы вяжущего. С помощью этих веществ удается снизить нормальную густоту строительного гипса на 10-15%, что способствует увеличению прочности гипсовых изделий.

5. Начало схватывания строительного гипса по ГОСТ 125-79 [3, стр.3] должно наступать не ранее 4 минут, а конец схватывания - не ранее 6 минут, но не позднее 30 минут после затворения водой. По СНиП I-B.2-69 [4, стр.3] начало схватывания высокопрочного гипса должно быть не ранее 4 минут, а конец схватывания - в пределах 8-20 минут от начала затворения гипсового теста. Таким образом гипсовые вяжущие делятся на виды, представленные в таблице 1.

Таблица 1 – Виды гипсовых вяжущих в зависимости от сроков схватывания

Вид вяжущего	Индекс сроков твердения	Сроки схватывания, мин
начало, не ранее	конец, не позднее
Быстротвердеющий	А
Нормально твердеющий	Б
Медленнотвердеющий	В		Не нормируется

 

По стандарту строительный гипс в зависимости от предела прочности при изгибе и сжатии, а также от тонкости его помола разделяют на три сорта (таблица 2).

Таблица 2 - Требования стандарта к качеству строительного гипса

Показатели	1-й сорт	2-й сорт	3-й сорт
Тонкость помола - остаток на сите № 02, %, не более
Предел прочности при изгибе образцов-балочек в возрасте 1,5 ч. МПа, не менее	2,7	2,2	1.7
Предел прочности при сжатии половинок балочек в возрасте 1,5 ч, МПа, не менее	5.5	4,5	3,5

 

Таблица 3 – Марка вяжущего и его минимальный предел прочности

Марка вяжущего	Предел прочности образцов-балочек размерами 40х40х160 мм в возрасте 2 ч, МПа (кгс/см2), не менее
при сжатии	при изгибе
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)

 

По ГОСТ 125-79 [3, стр.4], в зависимости от предела прочности на сжатие различают вяжущие следующих марок: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. Минимальный предел прочности вяжущей каждой марки вяжущего должен соответствовать значениям, приведенным в таблице 3.

В зависимости от степени помола различают вяжущие видов, приведенных в таблице 4.

Таблица 4 – Виды гипсовых вяжущих в зависимости от степени помола

Вид вяжущего	Индекс степени помола	Максимальный остаток на сите с размерами ячеек в свету 0,2 мм, %, не более
Грубого помола	I
Среднего помола	II
Тонкого помола	III

 

Вяжущие высшей категории качества должны удовлетворять дополнительным требованиям, указанным в таблице 5.

Таблица 5 – Дополнительные требования к гипсовым вяжущим

Наименование показателей	Вяжущие для изготовления строительных изделий и производства строительных работ	Вяжущие для фарфорофаянсовой и керамической промышленности
Марка вяжущего, не ниже	Г-5	Г-10
Максимальный остаток на сите с размером ячеек в свету 0,2 мм, %, не более		0,5
Примеси, не растворимые в соляной кислоте, %, не более	-	0,5

 

Таблица 6 - Требования СНиП I-B.2-69 к показателям прочности высокопрочного гипса

Марка гипса	Предел прочности, МПа
при сжатии через 1 сут	при растяжении
через 1 сут	Высушенные до постоянной массы
			2,7
		2,2	3,2
		2,5	3,5
		2,8
		3.1	4,3
		3,4	4,6
		3,7

 

Полуводный гипс при схватывании и твердении в первоначальный период обладает способностью увеличиваться в объеме приблизительно на 0,5-1%.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Место расположения предприятия: г. Харьков;

Производительность: 33,0 тыс. т/год.

Вид топлива: уголь Донецкий газовый.

Способ доставки (вид транспорта): железнодорожный транспорт.

Месторождение гипсового камня: Архангельское.

Характеристика сырья:

¾ влажность: W = 12%;

¾ размер фракций: d_н = 200мм;

 

Таблица 7 - Минералогический состав

Наименование минерала	Состав
CaO	32,5 – 32,8
SO3	46,1 – 46,4
SiO2	0,36 – 0,58
Al2O3	-
Fe2O3	0,18 – 0,36
H2O	18,83 – 19,92
CaSO4·2H2O	95,27 – выше 83,0
MgO	0,21 – 0,53