Цель работы: Ознакомление с приборами и методикой иссле- дования гипса.
Оборудование и материалы: пресс гидравлический, прибор Вика, чашка и лопаточка для приготовления гипсового теста, весы электронные, прибор Суттарта, сито № 02, линейка, секундомер, гипс.
Правила безопасности: с целью предохранения глаз от попада- ния инородного тела лабораторную работу выполнять в защитных очках.
Теоретическая часть
Минеральными вяжущими веществами называют искусст- венно получаемые порошкообразные материалы, которые при затво- рении водой образуют пластичное вещество, способное в результате физико-химических процессов затвердевать, т. е. переходить в камне- видное состояние. Строительные минеральные вяжущие вещества де- лятся на три категории:
Воздушные вяжущие вещества (известь, гипс) характеризуют- ся тем, что, будучи затворенные с водой, твердеют и длительное вре- мя сохраняют прочность лишь в воздушной среде. В случае система- тического увлажнения они теряют прочность и разрушаются.
Гидравлические вяжущие вещества (портландцемент) харак- теризуются тем, что, после смешения с водой и предварительного твердения на воздухе способны далее твердеть как в воздушной, так и в водной среде, при этом прочность их увеличивается.
Кислотостойкие вяжущие вещества (кислотоупорный кварце- вый кремнефтористый цемент) представляют собой тонкомолотую смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяемую водным раствором силиката натрия или калия. Это вяжущее вещество начального твердения в воздушной среде может длительное время сопротивляться агрессивному воздействию неорганических и ор- ганических кислот, кроме фтористо-водородной.
1. Воздушные вяжущие вещества. Гипс
Гипсовые вяжущие делят на 2 группы: низкообжиговые и вы- сокообжиговые.
Низкообжиговые гипсовые вяжущие получают при нагреве двуводного гипса (CaSO4*2H2О) до температуры 150...160°С. При этом происходит частичная дегидратация двуводного гипса с перехо- дом его в полуводный гипс: CaSO4*2H2О → CaSO4*0,5H2O +l,5H2O. К низкообжиговым вяжущим относятся: строительный, формовоч- ный, высокопрочный и медицинский гипс. Сырьем для производ- ства низкообжиговых вяжущих является природный гипсовый камень (CaSO 4 *2H2О,) а также отходы промышленного производства, содер- жащие сульфат кальция -CaSO4.
Высообжиговые (ангидритовые) вяжущие получают термиче-
ской обжигом двуводного гипса (CaSO4*2H2О) при более высокой температуре – 600...900°С, При этом двуводный гипс полностью те- ряет химически связанную воду, в результате чего образуется водный сульфат кальция – ангидрид CaSO4.
К высокообжиговым вяжущим относятся: ангидритовый це-
мент и эстрих-гипс.
Сырьем для производства высоко-обжиговых вяжущих является ангидрит CaSO4, а также отходы промышленного производства, со- держащие сульфат кальция -CaSO4.
Строительный гипс. Строительным гипсом или алебастром
(ГОСТ 125-79) называют воздушное вяжущее вещество, получаемое путем термической обработки природного двуводного гипса - суль- фата кальция CaSO4*2H20 при температуре 150 - 180°С до превра- щения его в полуводный гипс - сульфат кальция CaSO 4*0,5H2O, с по- следующим помолом в тонкий порошок: CaSO4*2H2О→ CaSO4*0,5H2O +l,5H2O.
Производство строительного гипса состоит из дробления, тон-
кого помола и термической обработки гипсового камня.
Существует 2 способа производства строительного гипса:
- при обжиге в открытых аппаратах, сообщающихся с атмосферой при температуре 150-160°С, когда вода из сырья удаляется в виде па- ра, и гипсовые вяжущие состоят в основном из мелких кристаллов β - модификации.
- в шахтных или аэробильных мельницах с последующим обжигом при температуре 100°С измельченного продукта в гипсоварочных котлах или печах.
Строительный (полуводный) гипс представляет собой порошок белого или серого цвета. Цвет гипса зависит от количества примесей в гипсовом камне и чистоты обжига. При производстве гипса допус-
кается вводить добавки в целях регулирования сроков схватывания и улучшения физико-механических свойств гипса.
Запомни! - Формула строительного гипса - CaSO4 *0,5H2O. Формула природного двуводного гипса (из чего получают строитель- ный гипс): CaSO4*2H2О.
Реакция получения строительного гипса:
CaSO4*2H2О→ CaSO4*0,5H2O +l,5H2O.
Оценки качества строительного гипса
Качество строительного гипса определяют по следующим пока- зателям:
- по тонкости помола;
- по нормальной густоте гипсового теста;
- по срокам схватывания;
- по прочности при сжатии.
В зависимости от качества строительный гипс может быть двух сортов см. таблица 4.1.
Таблица 4.1 – Сорта качества гипса
| Показатель | сорт | сорт |
| Тонкость помола по остатку на сите № 02, в процентах, | до 15 | до 30 |
| Предел прочности при сжатии образ- цов в Н/м2*105 | до 45 | до 35 |
В зависимости от степени помола строительный гипс имеет три группы (таблица 4.2).
Таблица 4.2 – Группы гипса по степени помола
| Группа | Остаток на сите, % | Степень помола |
| I | не более 23 % | Грубый |
| II | не более 14 % | Средний |
| III | не более 2 % | Тонкий |
В зависимости от сроков схватывания строительный гипс имеет три группы (таблица 4.3).
Таблица 4.3 – Группы строительных гипсов в зависимости от сроков схватывания
| Группы гипсов | А - быстро твердеющая | Б - нормально твердеющая | В - медленно твердеющая |
| Начало схватывания | не ранее 2 мин | не ранее 6 мин | не ранее 20 мин |
| Конец схва- тывания | до 10 мин | от 10 до 30 мин) | не нормирует- ся |
В зависимости от предела прочности гипс имеет следующие марки (таблица 4.4).
Таблица 4.4 – Марки гипсов в зависимости от пределов прочности образца на сжатие и изгиб
| Мар- ка гипса | Предел прочности в МПа, не ме- нее | Марка гипса | Предел проч- ности в МПа, не менее | Марка гипса | Предел проч- ности в МПа, не менее | |||
| при сжа- тии | при изгибе | при сжа- тии | при изгибе | при сжа- тии | при изги- бе | |||
| 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 |
Схватывание и твердение строительного гипса. Схватывание и твердение строительного гипса заключается в том, что при смеши- вании с водой гипс образует пластичное тесто, превращающееся да- лее в твердое камневидное тело с определенной прочностью. Основ- ная реакция процесса имеет следующий вид:
CaSO4*0,5H2O +l,5H2O = CaSO4*2H2O.
При этом происходит выделение из раствора кристалликов гип-
са и их срастания. Процесс твердения гипса можно ускорить сушкой при температуре менее 65 градусов.
Начало схватывания гипса должно наступать не ранее 6 мин. и не позднее 30 минут после начала затворения водой. Сроки схватыва- ния и твердения можно регулировать вводом NaCl, KCl, NaNO и дру- гих веществ, изменяющих растворимость CaSO4*0,5H2O в воде.
Формовочный гипс. Этот гипс отличается от строительного
гипса более тонким помолом, большей прочностью. Получают его из
гипсового камня, содержащего не менее 96% CaSO4*2H2O (т.е. при- месей не более 4%) в варочных котлах при определенной длительно- сти цикла и заданной температуре. Качество его выше строительного гипса. Он состоит также как и строительный гипс из β-модификации CaSO4* 0,5H2O (β-полугидрата) и характеризуется следующими дан- ными:
- тонкость помола характеризуется остатком на сите № 02 не более 2,5%;
- начало схватывания – не ранее 5 минут;
- конец схватывания – не позднее 25 минут;
- предел прочности при растяжении через 1 сутки не менее 1,4 МПа, а через 7 суток – не менее 2,5 МПа (от строительного гипса отлича- ется меньшей толщиной помола, повышенной прочностью и не со- держит примесей).
Формовочный гипс применяют для изготовления форм, моделей и изделий в строительной керамической, машиностроительной и дру- гих отраслях промышленности. Изделия из фарфорофаянсовой и ке- рамической массы отливают в формах из формовочного гипса. Гип- совая форма должна быть достаточно прочной и вместе с тем порис- той, чтобы отсасывать воду из шликера и при этом не разрушаться.
Высокопрочный гипс получают термической обработкой вы- сокосортного гипсового камня в герметичных аппаратах под давле- нием 0,2...0,3 МПа при 124 0С в течение 5 часов.
Он состоит из α- модификации CaSO4 *0,5H2O. Прочность его достигает 15-40 МПа. Высокопрочный гипс выпускают в небольшом количестве и используют в металлургической промышленности для изготовления форм.
Ангидритовый цемент состоит преимущественно из ангидрита CaSO4 ("мертво-обожженного"). Его "оживляют" добавкой катализа- торов, повышающих его растворимость и создающих условия для его гидратации. Такими катализаторами являются СаО - 3...5% и др. ан- гидритовые цементы применяют для приготовления кладочных и штукатурных растворов, бетонов, производства теплоизоляционных материалов, искусственного мрамора и других декоративных изде- лий.
Эстрих-гипс (высокообжиговый гипс) образуется при темпера- туре 800...1000 0С, он состоит из ангидрита CaSO4 и СаО (3,..5%), об- разующегося при разложении CaSO4 (CaSO4→CaO+-SO3) и выпол-
няющего роль катализатора твердения. Этот элемент медленно схва- тывается и твердеет.
Высокообжиговый гипс является разновидностью ангидритовых цементов. Он применяется для кладочных и штукатурных растворов, устройства мозаичных полов и др. Изделия из этого гипса по сравне- нию со строительным гипсом более морозостойкие, обладают повы- шенной водостойкостью и меньшей склонностью к пластическим де- формациям.
Применение гипса
Строительный гипс – белое, экологически чистое, быстрос- хватывающее и быстро-твердеющее вяжущее вещество. Его при- меняют для изготовления строительных деталей и изделий, для на- ливных полов, клеевых композиций, лепных украшений, изготовле- ние форм для литья художественной керамики, а также для штука- турных работ. Гипс не водостоек и не годится для производства внешних работ, но при добавлении цемента - он становится водо- стойким. Гипс широко используется в медицине. Гипсовые панели и перегородки хорошо поглощают звук. Гипс огнестоек и хорошо дер- жит тепло. Кроме строительного гипса, находят применение (в огра- ниченных объемах) другие гипсовые вяжущие вещества: гипс формо- ванный, гипс высокопрочный.
Водопотребность гипсовых вяжущих
Водопотребность гипсового вяжущего определяется количест- вом воды (в процентах от массы вяжущего), необходимым для полу- чения гипсового теста стандартной консистенции.
Теоретически для гидратации полуводного гипса требуется 18,6% воды от массы гипсового вяжущего, Практически для получе- ния удобоформуемой пластичной смеси строительный гипс требует 50...70% воды, а высокопрочный - 30...40%. Избыточная вода испа- ряется, образуя поры, поэтому гипсовые изделия имеют высокую по- ристость.
Практическая часть
