Гіпсові та ангідритові в’яжучі речовини
Гіпсовими в'язкими називають матеріали, що складаються з напівводного гіпсу CaSO4 х0,5Н2О. Їх одержують термічною обробкою двоводного гіпсу CaSO4 х2Н2О при температурі 140-180 o С.
Ангідритові в'яжучі отримують випалом при температурі 600-950 o З двоводного гіпсу CaSO4 х2H2О або ангідриту CaSO4. Їх можна виготовляти безвипалювальним способом - помолом природного ангідриту з активізаторами твердіння.
На основі гіпсових в'яжучих виготовляють змішані в'яжучі - гіпсоцементно-пуцоланові та гіпсошлакоцементні.
Сировина для гіпсових та ангідритових в'яжучих речовин. Гіпсові та ангідритові в'яжучі отримують з природної сировини та відходів хімічної промисловості.
З природних сировинних матеріалів застосовують гірські породи осадового походження: природний гіпс, глиногіпс та природний ангідрит.
Природний гіпсскладається з кристалів двоводного сірчанокислого кальцію CaSO х2Н2O. Це гіпсовий шпат, кристалічний, прозорий, тонковолокнистий та зернистий гіпс. Найбільш чистий різновид зернистого гіпсу називається алебастром. Природний гіпс містить від 1 до 25% домішок вапняку, доломіту, піску, глини та ін.
Гліногіпсскладається з 30-60% двоводного гіпсу та глинистих домішок.
Природний ангідритCaSO4 - гірська порода кристалічної будови. Зустрічається рідше гіпсу і є його шаром, що підстилає. Під впливом води він поступово перетворюється на двоводний гіпс. Тому в природному ангідриті зазвичай міститься до 10% двоводного гіпсу.
З відходів хімічної промисловості для виготовлення гіпсових та ангідритових в'яжучих застосовують фосфогіпс, борогіпс, фторогіпс та ін.
Фосфогіпс отримують при переробці фосфатів у фосфорну кислоту та фосфорні добрива, борогіпс - при виробництвіборної кислоти, фторогіпс - при виробництві фтористоводневої кислоти з плавикового шпату.
До групи гіпсових в'яжучих відносять будівельний, формувальний, медичний та високоміцний (технічний) гіпс. Для будівництва виготовляють будівельний та високоміцний гіпс.
Будівельний гіпсотримують термічною обробкою двоводного гіпсу при температурі близько 150 o З до перетворення його на модифікацію напівводного гіпсу. При цьому відбувається дегідратація реакції CaSO4 х2H2О ®bCaSO4 х0,5H2О + + 1,5Н2О + DН з поглинанням тепла. На 1 кг природного гіпсу теоретично витрачається 582,1 кДж теплоти.
Виробництво будівельного гіпсу складається з дроблення, помелу та термічної обробки гіпсової породи. Помел може виконуватися раніше, пізніше або одночасно з термічною обробкою.
Дегідратація гіпсового каменю здійснюється у варильних котлах, шахтних, кільцевих і обертових печах. Найбільшого поширення набули гіпсоварні котли. Вони є сталевим циліндром з розбірним днищем, обмурований цегляною кладкою. Усередині його прокладено жарові труби. Для перемішування гіпсу є спеціальна мішалка.
Порошок гіпсу завантажують у котел і зазвичай варять при температурі 140-150 o С протягом 90-120 хв при постійному перемішуванні. Для прискорення процесу варіння може вводитись 0,1% кухонної солі. Отриманий напівгідрат витримують у бункері томління, а потім поміщають у силоси.
Високоміцний (технічний) гіпс- модифікації CaSO4 х2H2О отримують пропарюванням в автоклавах або варінням у рідких середовищах.
За першим способом гіпсовий камінь у вигляді шматків розміром 10-40 мм поміщають в автоклав, який подають пар під тиском 0,13 МПа і температурі 124 o С. Час пропарювання становить 5 год.автоклаві знижують до атмосферного та подають топкові гази. Сушіння гіпсового каменю триває 3-5 год при температурі 120-140 o С, який потім мелять у кульових млинах.
За другим способом термообробку порошку двоводного гіпсу ведуть у розчині хлориду кальцію або магнію хлориду при температурі 105-115 o С. Час варіння триває 5-7 год.
Властивості гіпсових в'яжучих. Справжня щільність будівельного гіпсу становить 2,6-2,75 г/см 3 . Насипна щільність у рихлонасипаному стані – 800–1100 кг/м 3 , ущільненому – 1250–1450 кг/м 3 .
Водопотреба(стандартна консистенція) гіпсового тесту становить 50-70% від маси гіпсу. Для гідратації гіпсу потрібно всього 18,6% води. Надлишкова вода випаровується та утворює пори. Тому чим менше води йде для замішування, тим міцність гіпсового каменю вища. Зменшити кількість води можна введенням вапна, лігносульфонатів технічних (ЛСТ), глюкози, меляси або декстрину.
Потермінах схоплюваннягіпс поділяють на швидкотвердіючий, з початком схоплювання не раніше 6 і не пізніше 30 хв, і повільнотвердіючий - не раніше 20 хв і з кінцем схоплювання, що не нормується.
Терміни схоплювання гіпсу регулюються запровадженням добавок. Для уповільнення застосовують ЛСТ, кератиновий сповільнювач, водяний розчин столярного клею в кількості 0,1% від маси гіпсу. Для прискорення вводять мелений гіпсовий камінь, кухонну сіль, сульфат натрію у кількості від 0,2 до 3%.
За тонкістю подрібнення гіпс підрозділяють нагрубого помелу з залишком на ситі № 02 не більше 23%, середнього - не більше 14% і тонкого - не більше 2%. Більш тонкий помел підвищує швидкість гідратації та збільшує його водопотребу.
Поміцностігіпс поділяють на марки Г-2, Р-3, Р-4, Р-5, Р-6, Р-7, Р-10, Р-13, Р-16, Р- 22,Г-25, що визначаються випробуванням зразків розміром 40x40x160 мм через 2 години від початку замішування на вигин і стиск. Міцність будівельного гіпсу при стисканні становить 4-6 МПа, високоміцного - від 15 до 40 МПа і більше. Міцність висушених зразків збільшується у 2–2,5 рази.
Міцність гіпсу можна підвищити, зменшивши його водопотребу, старінням шляхом зволоження гіпсу парою, введенням у процесі варіння 0,1% хлориду кальцію.
Недоліком гіпсу є низька водостійкість (коефіцієнт розм'якшення становить 03-05). Її можна підвищити введенням портландцементу з активними мінеральними добавками або гранульованих доменних шлаків.
При схоплюванні та твердінні напівводний гіпс збільшується обсягом на 0,5–1%. Найчастіше це є позитивною властивістю. Зменшити розширення можна запровадженням до 1% негашеного вапна або сповільнювачів схоплювання. Надалі при висиханні гіпсові вироби дають усадку близько 0,05-0,1%, що може спричинити появу тріщин.
При експлуатації в повітряному середовищі гіпсові вироби b і a — напівводного гіпсу довговічні. При тривалому впливі води вони руйнуються. Щільні гіпсові вироби витримують 15-20 циклів заморожування та розморожування.
Вогнестійкість гіпсових виробів висока. Вони руйнуються після 6-8 годин нагріву.
Сталева арматура в гіпсових виробах зазнає корозії. Її необхідно захищати цементно-бітумною або цементно-полістирольною обмазками.
При взаємодії гіпсу з водою відбувається схоплювання та твердіння за схемою: CaSО4 х0,5H2O + 1,5Н2О = CaSO4 х2Н2О, з утворенням двоводного гіпсу.
В результаті хімічних та фізичних перетворень пластична маса починає густіти, ущільнюватися, перетворюючись на тверде тіло. Гідратація закінчується через 20-40 хв післязамішування. На цей час досягається максимальна міцність гіпсового каменю у вологому стані.
Будівельний гіпс застосовується для виробництва перегородкових плит та панелей, обшивальних листів (суха штукатурка), архітектурних виробів, стінового каміння, для вапняно-гіпсових розчинів, пористих виробів.
Високоміцний технічний гіпс як більш дороге в'яжуче застосовують як складовий для виготовлення гіпсоцементно-пуцоланового та гіпсовапняно-шлакового в'яжучих.
Високовипалювальні (ангідритові) в'яжучі. До високовипалювальних (ангідритових) в'яжучих відносять: ангідритове в'яжуче (ангідритовий цемент), високовипалювальний гіпс і обробний ангідритовий цемент.
Ангідритове в'яжуче (ангідритовий цемент)одержують випалом двоводного гіпсу в шахтних печах з подальшим його помолом в порошок. При температурі 600-700 o С утворюється ангідрит СаSО4, який не має в'яжучих властивостей. Активізують його твердіння сульфати N2SO4, K2SO4, NaHSO4, Al2(SO4)3, матеріали з лужною реакцією - вапно, основний доменний гранульований шлак. Вони вводяться при помелі від 1 до 8%.
Замість штучного ангідриту можна застосовувати природний. Ангідритовий цемент має справжню густину 2,8–2,9 г/см 3 , насипну густину в рихлонасипаному стані 850–1100 кг/м 3 , в ущільненому – 1200–1500 кг/м 3 , водопотреба – 30–35%. Початок схоплювання цього цементу повинен наступати не раніше 30 хв, кінець - не пізніше 8 год. За міцністю він поділяється на марки 50, 100, 150 і 200. Витримує 15 циклів заморожування та розморожування.
Застосовують ангідритовий цемент для штукатурних і розчинів кладок, пристрою підлог і для виготовлення штучного мармуру.
Високовипалювальний гіпс(естрих-гіпс) отримують випалом двоводногогіпсу або природного ангідриту при температурі 800-1000 o С в шахтних або обертових печах. Потім його подрібнюють на порошок. Це в'яжуче має середню щільність у рихлому стані 900–1000 кг/м 3 , в ущільненому – 1300–1700 кг/м 3 водоспоживання – 30–35%. Початок схоплювання його має наступати не раніше 2 год, кінець схоплювання не нормується. За міцністю на стиск високовипалювальний гіпс підрозділяється на марки 100, 150 і 200. Застосовують його для розчинів кладок і штукатурних, для влаштування підлог, виготовлення виробів зі штучного мармуру.
Оздоблювальний ангідритовий цементотримують одно-або дворазовим випалом малозалізистого гіпсового каменю з активізаторами твердіння. Якість цементу покращується при дворазовому випалюванні: спочатку при температурі 180-200 o С, потім, після просочення алюмокалієвими галуном, - повторно при температурі 650-700 o С. Цей цемент має водопотребу 37-43%, початок схоплювання - до 1-2 год , кінець - не пізніше 2-5 год, межа міцності у віці 28 діб - 25-35 МПа, колір - білий.
Застосовують оздоблювальний цемент для виготовлення оздоблювальних розчинів, штучного мармуру, архітектурно-будівельних виробів.