Добавь воды Экология

Твердение строительного гипса.

Вяжущие вещества при затворении водой образуют пластичную массу, которая впоследствии превращается в твердое тело. Превращение это происходит не сразу, а постепенно. Сначала подвижная пластичная масса уплотняется и густеет, что является началом схватывания (для полуводного гипса первый период после затворения водой характеризуется в ряде случаев текучестью массы). В дальнейшем схватывающаяся масса все больше уплотняется, окончательно теряет пластичность и постепенно превращается в твердое тело, не имеющее, однако, сначала заметной прочности. Этот момент соответствует концу схватывания.

Схватывание является начальной стадией твердения, в результате которого полужидкая пластичная масса затворенного водой вяжущего вещества превращается в твердое тело.

По окончании схватывания происходят дальнейшие химические и физические преобразования, сопровождающиеся продолжающимися уплотнением и нарастанием механической прочности, что и характеризует собой процесс твердения вяжущих веществ.

Способность вяжущих веществ давать с водой пластичное тесто придает изготовленным из них растворам и бетонам удобообрабатываемость, благодаря которой они заполняют все детали формы и опалубки.

При твердении строительного гипса происходит гидратация полуводного гипса с превращением его в двуводный по уравнению:

CaSO4*0,5H2O+1,5H2O = CaSO4*2H2O.

Следовательно, при твердении идет процесс, противоположный тому, что происходит при обжиге.

По Ле Шателье, полуводный гипс при затворении водой растворяется в ней до образования насыщенного им раствора. Растворимость полуводного гипса составляет около 7 г на 1 л воды, считая на CaSO4. Полугидрат в растворе вследствие гидратации переходит в двугидрат, растворимость которого составляет 2 г CaSO4 на 1 л воды. Раствор, насыщенный по отношению к полуводному гипсу, пересыщен по отношению к образующемуся двуводному гипсу, поэтому последний будет выделяться из раствора в виде кристаллов. В результате этого раствор становится беднее сернокислым кальцием. Это дает возможность раствориться в нем новой порции полуводного гипса до образования насыщенного раствора, из которого будут снова выделяться кристаллы двуводного гипса. Этот процесс продолжается до полной гидратации и кристаллизации всего полуводного гипса.

А. А. Байков указывает, что при твердении полуводного гипса, кроме процессов растворения и кристаллизации, имеет значение процесс коллоидации. Когда раствор станет насыщенным по отношению к полугидрату, действие воды на полугидрат вследствие большого их химического сродства продолжается на поверхности (топохимически). Образующийся при этом двуводный гипс не может переходить в раствор, так как последний является по отношению к нему пересыщенным. Поэтому он будет выделяться в коллоидально-дисперсном состоянии, которое обусловливает пластичность затворенного водой вяжущего вещества. Выделившийся в коллоидальном состоянии двугидрат с течением времени переходит в кристаллическую форму, причем потеря пластичности вызывается образованием большого числа кристаллов и трением, возникающим при их соприкосновении.

Процесс твердения строительного гипса можно, по А. А. Байкову, разделить на три периода: первый — растворение и образование насыщенного раствора, второй — образование коллоидальной массы в виде геля, третий — кристаллизация с превращением геля в кристаллический сросток. Указанные периоды не следуют один за другим в строгой последовательности, а налагаются один на другой так, что, например, при не закончившихся во всей массе материала процессах коллоидообразования, характерных для второго периода, могут в известных частях твердеющей массы идти уже процессы кристаллизации, характерные для третьего периода.

П. А. Ребиндер и Е. Е. Сегалова считают, что при твердении происходит растворение в воде первичной твердой дисперсной фазы вяжущего вещества с образованием раствора, пересыщенного по отношению к кристаллам новообразований, которые выкристаллизовываются из этого раствора с образованием пространственной структуры твердения, т. е. затвердевшего искусственного камня. Промежуточной стадией является переход ионов из решетки вяжущего в водную среду и гидратация их в этой среде. Связывание растворенных компонентов в новообразования приводит к дальнейшему растворению частиц исходного вяжущего.

Развитие структуры твердения при выкристаллизовывании новообразований протекает, по П. А. Ребиндеру и Е. Е. Сегаловой, в два этапа. В течение первого формируется каркас кристаллизационной структуры с возникновением контактов срастания между кристалликами новообразований. В течение второго этапа ранее возникший каркас обрастает, т.е. растут составляющие его кристаллики. Такое обрастание приводит к повышению прочности, но при известных условиях может явиться и причина появления внутренних напряжений, вызывающих понижение прочности. Наибольшая конечная прочность обуславливается возникновением кристалликов новообразований достаточной величины при минимальных напряжениях, сопровождающих формирование и развитие кристаллизационной структуры.

Независимо от того, идет ли процесс через раствор или в твердой фазе при взаимодействии строительного гипса и других вяжущих с водой, несомненно, возникает коллоидная система. Новообразования представлены частицами коллоидных размеров, которые образуют коллоидную структуру, обладающую всеми свойствами, присущими коллоидным системам и значительно влияющими на процесс твердения.

Рост прочности связан с кристаллизацией новообразований и ростом мелких кристаллов. Перекристаллизация же, протекающая в уже сформировавшемся сростке, может снизить прочность.

В зависимости от требуемой удобообрабатываемости воду для затворения строительного гипса добавляют в количестве, значительно превышающем необходимое для образования двугидрата. После превращения полуводного гипса в двуводный излишняя вода обволакивает кристаллы двуводного гипса, разделяя их. Для увеличения механической прочности необходимо последующее за гидратацией сращивание кристаллов двуводного гипса, которое происходит при испарении воды вследствие высыхания твердеющей массы. При высыхании за счет гипса, растворенного в испарившейся воде, происходят рост и сращивание между собой множества игольчатых кристаллов двугидрата. После полного высушивания твердение гипса заканчивается и дальнейшего нарастания прочности не происходит.

Происходящее при высыхании твердеющей массы нарастание прочности можно ускорить путем сушки твердеющего гипса, причем прочность высушенных до постоянного веса изделий соответствует примерно прочности, достигаемой в обычных условиях к 7-28 суткам. Температура сушки не должна превышать 65 0С во избежание обратной дегидратации двуводного гипса.

Твердение полуводного гипса сопровождается выделением тепла в количестве 27 ккал на 1 кг полуводного гипса. При этом сравнительно ненамного повышается температура. Она достигает 40-50 0С только при изготовлении крупных изделий без добавки песка.

Строительный гипс является быстросхватывающимся и быстротвердеющим вяжущим веществом. Обычно он схватывается через 5-15 мин. Это вызывает ряд неудобств, так как затворенный гипс нужно применить в дело до начала схватывания. При нарушении процесса схватывания будут разрушаться уже образовавшиеся кристаллические сростки и значительно снижаться прочность. Поэтому приходится либо затворять гипс малыми порциями, чтобы использовать его до начала схватывания, либо добавлять к гипсу различные вещества, замедляющие сроки схватывания. К таким веществам относятся: кepaтиновый замедлитель, замедлитель БС, не активированный и  активированный известью костный и мездровый клей, сульфитно-спиртовая барда, бура, казеин и ряд других веществ.

При заводском изготовлении гипсовых строительных деталей и твердении их на холоду требуется ускорять схватывание строительного гипса. Для этого к нему добавляют двуводный гипс, поваренную соль, сернокислый калий и натрий, серную кислоту, щелочи; кремнефтористый натрий, фтористый натрий и ряд других веществ. Чаще всего применяют добавку двуводного гипса, поваренной соли или смеси их друг с другом (около 1% гипса и около 0,5% соли). При добавке двуводного гипса следует учитывать, что как ускоритель схватывания более эффективен так называемый вторичный двугидрат в виде молотого боя затвердевших гипсовых изделий.

Замедлители схватывания уменьшают скорость растворения или растворимость полуводного гипса и следовательно понижают степень его пресыщения, вызывающую кристаллизацию. В частности, действие клея объясняется тем, что он образует коллоидный раствор, уменьшающий скорость растворения полугидрата и задерживающий процесс кристаллизации двуводного гипса. Органические вещества, дающие коллоидные растворы оказывают на скорость схватывания гипса такое же влияние.

Ускорители схватывания действуют в ином направлении. Одни из них повышают растворимость полуводного гипса, другие (например, двуводный гипс) образуют центры кристаллизации, ускоряющие процесс схватывания. Повышение температуры ускоряет схватывание строительного гипса. Однако после определенного предела (40 — 60 0С) схватывание его начинает замедляться, а при температуре свыше 100 0С, при которой упругость диссоциации паров воды двугидрата достигает упругости паров кипящей воды или превышает ее, схватывание практически прекращается, так как полуводный гипс уже не может переходить в двуводный.

См. далее по теме: Свойства строительного гипса и его применение в строительстве; Сырьевые материалы строительного гипса; Нагревание строительного гипса; Производство строительного гипса; Твердение строительного гипса.