Строительные материалы и их поведение в условиях высоких температур

3.2.1 Строительный гипс

3.2 Минеральные воздушные вяжущие материалы и их поведение при действии высоких температур

3.2.1 Строительный гипс

                                         (стр. 56-59)

Строительный гипс – воздушное вяжущее вещество, которое получают с помощью термообработки природного гипсового камня в открытых котлах при 110-180 ^оС по реакции:

CaSO_4^.2H₂O ¾® CaSO₄. 0.5H₂O + 1.5H₂O . (3.1)

При смешивании строительного гипса с достаточным количеством воды (60-70%) образуется пластичное тесто, которое начинает быстро густеть и со временем твердеет. Твердение гипсовых вяжущих описывается реакцией гидратации обратной (3.1):

CaSO_4^.0.5H₂O + 1.5H₂O ¾® CaSO₄.2H₂O (3.2)

Этот процесс протекает по следующей схеме:

1 этап – при соединении с водой частицы полуводного гипса с поверхности зерен начинают растворяться, присоединяя воду и превращаясь в двуводный гипс до образования насыщенного раствора. Этому этапу соответствует пластичное состояние теста;

2 этап – коллоидация – прямое присоединение воды к твердому гипсу и образование геля (студня). Т.к. двуводный гипс обладает меньшей растворимостью в воде, чем полуводный, то он выпадает из насыщенного раствора в коллоидальном состоянии. Это этап схватывания (загустевания теста);

3 этап – кристаллизация. Гель перекристаллизуется в большие кристаллы двуводного гипса игольчатой формы, которые срастаются между собой, образуя твердый остов. Этот процесс повторяется, пока весь гипс не затвердеет, пройдя этапы гидратации. При высушивании образца двуводный гипс, оставшийся в растворе, выкристаллизовывается, что характеризуется повышением прочности образца.

Качество гипсовых вяжущих нормируется по ГОСТ 125-79, в соответствии с которым контролируются такие показатели:

– тонкость помола;

– стандартная консистенция (нормальная густота) гипсового теста;

– предел прочности при сжатии и изгибе образцов – балочек размерами 40´ 40´ 160 мм после 2 часов их твердения.

Согласно ГОСТ 125-79 установлено 12 марок гипса (по прочности на сжатие в МПа): Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25.

В зависимости от времени схватывания, гипсовые вяжущие распределяют на быстро-, нормально- и медленнотвердеющие (см. табл. 3.1), а от степени помола – на грубого, среднего и тонкого помола (см. табл. 3.2).

        Таблица 3.1 – Классификация гипсовых вяжущих по времени схватывания

Вид

вяжущего

Индекс времени

твердения

Сроки схватывания, мин.

начало, не ранее

конец, не позднее

Быстротвердеющее

А

2

12

Нормальнотвердеющее

Б

6

20

Медленнотвердеющее

В

20

не нормируется

          Таблица 3.2 – Классификация гипсовых вяжущих по степени помола

Вид вяжущего

Индекс степени помола

Максимальный остаток на сите № 2, не более, %

Грубого помола

I

23

Среднего помола

ІІ

14

Тонкого помола

ІІІ

2

Строительный гипс является быстросхватывающимся вяжущим. Сроки его схватывания возможно регулировать, применяя замедлители схватывания (буру, костный клей и др.). При твердении гипс несколько увеличивается в объеме, что надо учитывать при изготовлении архитектурных изделий.

Строительный гипс широко используется в штукатурных растворах для внутренних работ. Очень распространено использование гипса для выпуска разных строительных изделий заводского изготовления: панелей и блоков для перегородок, стен, вентиляционных коробов, перекрытий, обшивных листов и др. Гипс используется для производства гипсо-цементно-пуццолановых вяжущих, применяющихся для стен и перегородок.

Большая пористость гипсового камня определяет его низкую механическую прочность и малую теплопроводность. Поэтому гипс применяется также для изготовления теплоизоляционных материалов – гипсоволокнистых изделий, хорошо защищающих от нагревания металлические и прочие конструкции.

Затвердевший гипсовый камень состоит из соединенных между собой кристаллов CaSO₄.2H₂O игольчатой формы. При его нагревании от 70 ^оС и выше начинается процесс дегидратации, постепенные структурные и химические преобразования, которые вызывает разрушение кристаллической структуры и снижение прочности гипса (рис. 3.1).

По этапам этот процесс можно представить в следующей форме:

свыше 70 ^оС – начинается дегидратация CaSO_4.2H₂O, которая вызывает нарушение кристаллической структуры гипса;

100 ^оС – прочность резко снижается до 45% от первоначальной;

200-350 ^оС – прочность снижается до 40% и стабилизируется, лишь на поверхности появляются волосяные трещины;

400 ^оС – дегидратация завершается, прочность гипса снижается до 30 %, структура полностью разрушается

CaSO_4^.2H₂O ¾® CaSO₄+ 2H₂O . (3.3)

700 ^оС – прочность линейно снижается до 0;

900 ^оС – полный распад сульфата кальция

2CaSO₄ ¾® 2CaО + 2SO₂+ O₂ . (3.4)

А окись кальция (CaО) по мере охлаждения и увлажнения способна к повторной гидратации с увеличением объема и полным разрушением камня:

CaО + H₂O ¾® Ca(OH)₂. (3.5)

Таким образом, оказывается, что гипс очень чувствителен к нагреву: при 100 ^оС его прочность снижается вдвое. В то же время затвердевший гипсовый камень имеет довольно высокие теплоизолирующие свойства и прогревается очень медленно, что используется для изготовления теплоизоляционных изделий.