Общая характеристика и классификация гипсовых вяжущих. 
Строительный гипс

Основные понятия и классификация гипсовых вяжущих

Среди воздушных вяжущих значительную роль играют гипсовые вяжущие, основу которых составляет сульфат кальция.

Гипсовые вяжущие по срокам твердения подразделяют на быстрои медленнотвердеющие. К быстротвердеющим относят строительный гипс, алебастр и вяжущие на его основе; медлен — нотвердеюшие гипсовые вяжущие — ангидрит, экстрих-гипс.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих является природный (двуводный гипс) CaS0₄ • 2Н₂0. Это твердое белое или сероватое вещество, малорастворимое в воде, в которой легко теряет свою прочность, но достаточно хорошо сохраняет ее в атмосферных условиях. Двуводный гипс является продуктом твердения гипсовых вяжущих и составляет основу строительных конструкций на основе гипсовых вяжущих. По составу различают несколько видов гипсовых вяжущих: строительный гипс, ангидрит и экстрих-гипс.

Общая характеристика строительного гипса

Строительный гипс иначе называют полуводным гипсом или алебастром. В некоторых случаях алебастр считают особым гипсовым вяжущим, так как полуводный гипс имеет различные кристаллические модификации и алебастру приписывают специфическую модификацию кристаллов; однако в ряде случаев понятия «алебастр» и «строительный гипс» употребляют как синонимы.

Полуводный гипс выражают формулами 2CaS0₄ • Н₂0 и CaS0₄ • 0,5Н₂О; последняя формула показывает молярные соотношения, означающие, что на 1 моль сульфата кальция приходится 0,5 моль воды; эта формула в большей части применяется в строительной химии. Для первой формулы применимы как молярные, так и условно-молекулярные представления; в последнем случае полуводный гипс является соединением двух условных молекул (формульных единиц вещества) с одной молекулой воды. Следует помнить, что сульфат кальция является веществом немолекулярной структуры.

Получение полуводного гипса состоит в обжиге природного гипса при 150—170 °С, при этом при разных режимах обжига получают различные кристаллические модификации, имеющие разные эксплуатационные свойства. Этот процесс можно выразить равноценными схемами (первая схема применима в классической химии; вторая — в строительной химии):

В зависимости от режима обжига получают разные кристаллические модификации полуводного гипса. Рассмотрим некоторые из них.

• 1. Альфа-полугидрат сульфата кальция представляет собой крупные кристаллы в виде длинных прозрачных игл или призм; р = 2,7 кг/дм³. Получается при обжиге, осуществляемом при (1) схеме реакции и давлении 1,3 атм. Он является главной составной частью высокопрочного гипса, или алебастра.
• 2. Бета-полугидрат сульфата кальция — мелкокристаллическое вещество с нечетко выраженными гранями, обладающее повышенной водопотребностью; р = 2,67 кг/дм³. Это главная составная часть обычного строительного гипса. Получается при обычном давлении и нагревании (150—170 °С).

Главным химическим свойством, которое определяет использование полуводного гипса в строительстве, является гидратация, которую можно охарактеризовать схемами (первая характерна для классической химии, вторая — для строительной химии):

Эта реакция экзотермическая. Она называется затворением строительного гипса. Вслед за ней происходит схватывание и твердение вяжущего, сопровождающееся образованием монолита, устойчивого в атмосфере и состоящего из двуводного гипса.

Полуводный гипс — быстротвердеющее вяжущее. Процесс схватывания начинается через 4 мин после смешивания вяжущего с водой, а завершается через 6—8 мин и самое позднее — через 30 мин.

Кристаллизация получающегося двуводного гипса завершается через 12 мин; конец кристаллизации можно установить по снижению температуры смеси, которая сразу после смешивания вяжущего с водой увеличивается до определенного предела, а потом начинает уменьшаться.

Полную прочность возникающий искусственный камень набирает через 2—3 ч (в зависимости от сорта вяжущего), при этом высокопрочный гипс имеет прочность от 90 до 240 кг/см², а обычный строительный гипс — 75—100 кг/см² (в зависимости от марки). Водопотребность строительного гипса составляет 60—80%, а высокопрочного — 35—45% от массы вяжущего. Образование искусственного камня из полуводного гипса — сложный физико-химический процесс, протекающий в несколько стадий.

I стадия. Затворение. Эта стадия состоит в том, что происходит взаимодействие полуводного гипса с водой, при этом образуется двуводный гипс, который малорастворим в воде. По мере его образования раствор насыщается, возникают центры кристаллизации, превращающиеся в коллоидные частицы, способные к коагуляции, за счет которой возникает суспензия двуводного гипса.

II стадия. Схватывание. Процесс схватывания состоит в том, что возникшие микрокристаллы двуводного гипса растут в массе и размерах, переплетаются, вязкость системы резко увеличивается, жидкая фаза загустевает, пластичность массы уменьшается и возникает камневидное тело с низкой прочностью.

III стадия. Твердение. Суть этой стадии состоит в потере кристаллической воды. Прочность камневидного тела резко возрастает за счет дальнейшего роста и сращивания кристаллов двуводного гипса. Длительность этой стадии составляет несколько часов. В результате завершения этой стадии возникает достаточно прочное камневидное тело заданной при обработке формы. Прочность зависит от марки исходного вяжущего. Тело сохраняет прочность в атмосфере и теряет ее в водной среде.

Положительные свойства полуводного гипса как вяжущего состоят в быстроте его схватывания, получении изделий с ровными и гладкими стенками красивого белого цвета (последнее характерно для алебастра), увеличении объема изделия по сравнению с исходным объемом смеси (объем увеличивается примерно на 1%). Увеличение объема позволяет получить полно заполненные формы и исключает дополнительную обработку готового изделия. Полуводный гипс можно применять для работ при низких температурах, так как процесс его затворения и схватывания экзотермичен. Недостатками этого вяжущего являются невысокая водостойкость и морозостойкость влажных гипсовых изделий. Полуводный гипс широко используют при изготовлении известково-гипсовых строительных растворов, применяемых в штукатурных работах, для производства сухой штукатурки, перегородочных плит, панелей и других строительных деталей. Алебастр используют для изготовления внутренних архитектурных украшений и скульптур малых форм. В последнее время разработан новый вид вяжущих — гипсоцементно-пуццолановые вяжущие на основе гипса, цемента и шлаков. Полуводный гипс можно применять как в чистом виде, так и с наполнителями в приготовлении гипсобетона. Применяют гипсобетон при изготовлении искусственного мрамора, форм для отливки керамических изделий и для других целей.

Задания для самостоятельной работы

• 1. Назовите основные группы гипсовых вяжущих и поясните, на каком основании их объединяют в одну группу.
• 2. Поясните, чем строительный гипс отличается от алебастра.
• 3. Напишите схемы получения полуводного гипса, назовите условия протекания этой реакции.
• 4. Охарактеризуйте процессы, протекающие при затворении, схватывании и твердении полуводного гипса.
• 5. Приведите три обоснованных примера использования полуводного гипса, указав его позитивные и негативные качества как вяжущего.