Использование гипса в строительстве

Гипс образовался в результате испарения древнего океана около 150-200 миллионов лет назад. В природе он встречается в виде гипсового камня, который расположен в недрах земли.

Археологи находят строения из гипса на территориях современного Египта, Израиля, Малой Азии. Известно, что люди знали о его существовании и умело использовали еще во времена строительства древнеегипетских пирамид. Из Египта секреты производства гипса распространились на остров Крит, а оттуда в Древнюю Грецию – величайшую строительную империю.

На Крите наружные стены дворца царя Кносса были выполнены из гипсового камня, а швы заполнены раствором из гипса. Вскоре производство гипса появилось и в Древнем Риме. По мере завоевания Римской Империей стран Европы распространялась и информация о применении гипса в строительстве, отделке и изготовлении предметов быта.

Однако после падения империи были утеряны все секреты его производства. Оно вновь было возобновлено только в 11 веке уже нашей эры. Удивительно, но древние гипсовые стяжки и кладки имели необыкновенную прочность, твердость и долговечность, сравнимую с современным бетоном. Секрет заключался в том, что наполнители и вяжущие были выполнены из одинакового по составу материала. Тонкость помола и невероятно низкое соотношение воды к гипсу (всего 0,4!) – еще одна причина высокой прочности древних строений из гипса.

Работа с гипсовой штукатуркой. Штукатурим стены. Все этапы!

В наше время плотность гипса и его прочность абсолютно другая, гораздо ниже, чем в древности.

Разновидности гипса

Гипс – это первое вяжущее вещество, полученное человеком. Строительное минеральное вяжущее – это порошкообразное вещество, которое после смешивания с водой превращается в пластичную, гибкую массу и постепенно застывает до каменного состояния.

Основу любого строительства составляют вяжущие вещества. Они используются для производства строительных растворов, изготовления плит.

Гипсовое вяжущее – это искусственно полученное вяжущее путем обжига. Оно состоит из полуводного гипса, который при термообработке (105-200°С) превращается в двуводный:

CaSO₄*0,5H₂O → CaSO₄+2H₂O

Строительный гипс может быть как природного, так и промышленного происхождения.

Его получают как из природного гипсового камня, так и из химических отходов. Смысл операции заключается в исключении воды (дегидратации) из гипсового состава при повышении температуры. Человечество открыло этот нехитрый способ получения около 20 тысяч лет назад. Люди заметили, что после обжига гипс превращался в порошок, а затем после дождя вновь трансформировался в камень.

По способу получения гипс бывает α или β-модификации.

Для очищения и получения высокопрочного гипса α-модификации сырье нагревают в автоклавах без доступа воздуха под давлением при температуре 95-130°, вода удаляется капельным путем. Полученный полуводный гипс отличается высокой прочностью и качеством. Однако дороговизна и сложность его получения сказывается на его себестоимости.

Гипс или строительный алебастр размешивание и применение

Гипс β-модификации получают в открытых печах при более высоких температурах 150-180°С. Двуводный гипс нагревают, вода превращается в пар и при выходе из сырья образует огромное количество мельчайших пор, которые значительно ухудшают его качество. Измельченный гипс β-модификации называют строительным или алебастром. Формовочным называется гипс β-модификации более тонкого помола, медицинским – из хорошего чистого сырья с мелким помолом.

Разница между гипсом альфа и бета модификации состоит только в способе производства и полученном результате.

Алебастр – это разновидность природного зернистого гипса с более мелким строением зерна. Алебастр относят к строительному гипсу, однако нельзя любой зернистый гипс считать алебастром.

Алебастр – это быстротвердеющий вяжущий материал, в составе которого полуводный сульфат кальция CaSO4 • 0,5Н2О. Он относится к гипсу β-модификации, поскольку производится в открытых печах.

Ангидрит – это безводный гипс природного происхождения. Он отличается длительным схватыванием и твердением, в его составе безводный сульфат кальция CaSO₄ и активатор твердения CaO.

Эстрих-гипс получают путем обжига природного гипсового камня при t°=800-950°С. Дополнительным веществом при его диссоциации является оксид кальция CaO, который выступает активизатором затвердения ангидрита.

В результате обжига получают двуводный гипс, который обладает улучшенными свойствами по сравнению с обычным:

— Пониженная водопотребность 30-35% против обычных 50-60%;

— Длительные срок схватывания: начало не ранее 2 часов;

— Высочайшая прочность 10-20 МПа через 28 суток.

На рубеже XIX-XX вв. эстрих-гипс применяли для получения основания под чистый пол, кладочных работ, производства искусственного мрамора.

Гипсовые вяжущие – это вещества на основе полуводного гипса или ангидрита, которые называются воздушными вяжущими.

Их делят на три группы в зависимости от способа производства:

• I вяжущие, подвергающиеся термической обработке при их получении: α или β-модификации, полугидрат кальция и растворимый ангидрит.
• II вяжущие без термообработки: природный ангидрит.
• III вяжущие из первой или второй группы, которые смешивают с другими компонентами.

Представители I и II групп являются невлагостойкими (НГВ), основная часть представителей III группы относится к влагостойким вяжущим (ВГВ).

В свою очередь, вяжущие, получаемые путем термообработки, делят на низкообжиговые и высокообжиговые.

К первым относятся вещества, получаемые при t°=120-180°C:
строительный гипс, включая алебастр, формовочный, высокопрочный, медицинский гипс. Они обладают невысокой прочностью и быстрой схватываемостью.

К высокообжиговым относятся вяжущие, полученные при t°=600-900°С:
ангидритовый цемент, эстрих-гипс и отделочный цемент. Они отличаются высокой плотностью, прочностью и медленным твердением.

Свойства строительного гипса

Гипс обладает большим набором свойств, по которым его можно классифицировать.

Степень помола

Степень помола – одна из важнейших характеристик для классификации гипса. Она бывает трех видов, ее определяют по % соотношению остатка после просеивания через сито, размер ячеек которого равен 0,2 мм.

Степень помола	Индекс степени	Max остаток на сите, не более %
Грубый	I	23
Средний	II	14
Тонкий	III	2

Прочность на сжатие и изгиб

Для определения прочности гипса подвергают проверке образец из него — балку размером 40х40х160 мм через 2 часа после формования. Существует 12 марок по ГОСТу 125-79 (СТ СЭВ 826-77), их прочность колеблется от 2 до 25 МПа при сжатии (минимальный предел).

Марка	Min предел при сжатии	Min предел при изгибе
Г-2	;2(20)	1,2(12)
Г-3	3(30)	1,8(18)
Г-4	4(40)	2,0(20)
Г-5	5(50)	2,5(25)
Г-6	6(60)	3,0(30)
Г-7	7(70)	3,5(35)
Г-10	10(100)	4,5(45)
Г-13	13(130)	5,5(55)
Г-16	16(160)	6,0(60)
Г-19	19(190)	6,5(65)
Г-22	22(220)	7,0(70)
Г-25	25(250)	8,0(80)

Водопотребность гипса

Важнейший показатель «прочность» гипса зависит от его водопотребности (соотношение массы воды к массе вяжущего) при его производстве, которая выражается в процентном соотношении. Для получения стандартной консистенции (нормальной густоты) гипсового вяжущего методом литья при формировании изделий из гипса используют 60-80% воды к массе строительного/формовочного и 35-45% к массе высокопрочного гипса.

Для получения гипсового вяжущего β-модификации требуется 18,6% воды. Излишки воды образуют мельчайшие поры в полученном составе. После затвердения массы вода испаряется, а оставшиеся поры в гипсовых изделиях составляют 50-60% от общего объема. Пористость гипса значительно ухудшает его свойства, уменьшает прочность, поэтому нужно стремиться к тому, чтобы уменьшить количество воды при затворении гипса.

Для сокращения водопотребности массы в ее состав добавляют пластификаторы (разжижители), которые улучшают пластичность и подвижность вяжущего, оставляя прочностные характеристики без изменений. Перечислим самые известные пластификаторы: глюкоза, меласса, декстрин, двууглекислая сода, глауберова соль, сульфитно-спиртовая барда и др. Полученные материалы называют гипсополимеры. Из них, например, производят кирпич в стиле лофт (гипсовую плитку), широкий ассортимент которой представлен в нашем интернет-магазине. Здесь вы сможете выбрать и купить гипсовый кирпич и панели 3D из гипса.

0,1% раствор хлорида кальция при варке гипсового камня благоприятно сказывается на его свойствах, сокращая водопотребность и увеличивая скорость схватывания гипса.

Гипсовые вяжущие не стоит долго хранить на открытом воздухе, поскольку их качественные характеристики значительно меняются. Потеря водопотребности ведет к их искусственному состариванию, что искажает результаты стандартных проверок.

Иногда для сокращения водопотребности и увеличения гибкости и прочности теста инициируют пароувлажнение не более 5% воды от общей массы. Однако не следует злоупотреблять и держать гипсовые вяжущие вблизи паров более 3 месяцев, поскольку это ведет к потере его свойств.

Горючесть

Гипсовые изделия не горят, не поддерживают горение, тормозят нагревание в силу присутствия пор, а при высоких температурах еще и выделяют воду.

Морозостойкость

Гипсовое вяжущее выдерживает более 15-20 циклов замораживания-размораживания.

Армирование

Дерево и его производные отлично сцепляются с гипсом и служат надежной арматурой, в отличие от металла, который подвергается сильной коррозии в нейтральной среде из-за способности гипса впитывать влагу.

Схватывание гипса

По скорости схватывания гипс также делят на три группы: быстротвердеющий (А), нормальнотвердеющий (Б), медленнотвердеющий (В). Сроки затвердевания определяет прибор Вика.

Индекс	Начало схват. , не ранее мин.	Завершение схват., не позднее мин.
А	2	15
Б	6	30
В	20	Не нормир.

На скорость твердения гипса влияет много факторов: марка гипса, температура воды и ее количество, тонкость помола. Следует точно рассчитывать количество воды, поскольку малое ее количество ведет к быстрому затвердеванию, некачественному замесу, получению большого объема. При избытке воды страдают прочность и долговечность материала.

Температура воды также влияет на скорость схватывания. Рекомендуется применять холодную воду для более быстрого затвердевания массы.

Для замедления процесса затвердевания применяют различные компоненты: борную кислоту, буру, столярный клей, сульфитноспиртовую барду (ССБ), технический лигносульфонат (ЛСТ), полимерные дисперсии, кератиновый замедлитель.

Реакция твердения гипса

Реакция превращения пластичной массы из гипса в твердое состояние состоит из перехода полуводного гипса в двуводный:

CaSO₄*0,5H₂O → CaSO₄+2H₂O

После смешения полуводного гипса с водой он растворяется, образуя раствор, и молниеносно гидратируется. Двуводный гипс превращается в осадок, а молекулы полуводного гипса продолжают реакцию растворения и превращения в двуводный и т.д. По окончании реакции через 1-2 часа ее результатом становится получение кристаллического отростка из молекул двуводного гипса. Значительную часть в составе полученных кристаллов составляет вода, которая после высыхания испаряется, а затвердевший гипс становится прочнее в 1,5-2 раза.

Главная причина наличия свободной воды в твердом гипсе заключается в том, что для его гидратации требуется всего 20% воды, а для получения гипсового теста 50-60%. Эта разница в 30-40% воды – головная боль производителей. Именно оставшаяся влага образует поры в полученном гипсе, а излишняя пористость изменяет его свойства в худшую сторону.

Методика получения α-модификации частично решило эту проблему, поскольку водопотребность полученного гипса снизилась и составила 30-40%. Полуводный гипс α-модификации относится к высокопрочному, он менее пористый, более твердый и имеет пониженную водопотребность. Но из-за дороговизны и сложности его получения широкое распространение он не получил.

Производство строительного гипса

В качестве сырья для производства строительного гипса используют либо природный гипсовый камень, либо гипсовые отходы химической промышленности.

Природный гипсовый камень имеет формулу Ca₂SO₄*2H₂O (двуводный гипс) плюс примеси: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃. Он имеет 4 сорта в зависимости от содержания сульфата кальция (Ca₂SO₄*2H₂O):

Промышленные отходы, содержащие гипс, также активно применяются для получения строительного гипса, например, фосфогипс, фторогипс, борогипс и др.

Ca5(PO4)3F + H2SO4 → H3PO4 + HF + CaSO4 * nH2O

Чтобы получить гипсовое вяжущее из сырья, первоначально нужно произвести его дегидратацию (отщепление молекул воды), которую мы уже подробно описали в получении α и β-модификаций.

Схематично это выглядит так:

Практически в промышленности используют более высокие температуры и в зависимости от условий и степени нагревания получают полуводный сульфат кальция α или β-модификаций, α и β- растворимый ангидрит, нерастворимый ангидрит.

Производители больше применяют полугидрат β-модификации, не смотря на большую его водопотребность и меньшую прочность. Это связано с более простой технологией и меньшей себестоимостью.

Формула получения полугидрата:

2(CaSO4 * 2H2O) => 2CaSO4 * H2O + 3H2O

Та же реакция, отраженная более условно:

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

Поскольку в реальности приходится использовать более высокие температуры, чем нужно для получения полугидрата, строительный гипс в своем составе имеет растворимый и нерастворимый ангидрит, что ведет к изменениям свойств гипса:

Пережженный строительный гипс со временем становится еще более качественным и прочным, а недожженный – наоборот: дольше схватывается, теряет прочность.

Содержание в строительном гипсе ангидрита растворимого и влажного гипса ускоряет процесс схватывания, потому что ангидрит мгновенно растворяется и становится двуводным, а сырой гипс превращается в сросток кристаллов.

Для получения строительного гипса применяют вращающиеся печи, варочные котлы (самый распространенный вариант), устройства для обжига и помола.

По видам операций процесс производства делится на несколько стадий:

Гипсовый камень подвергается дроблению на молотковой или щёковой дробилке;

Перемалывается и сушится в шахтной мельнице;

Нагревание в варочном котле или автоклаве;

Повторное перемалывание в шаровой мельнице.

Области применения гипса:

• Строительство и отделка. Применяют в качестве связующего, выравнивающего и отделочного материала. Из него производят листы ГВЛ, гипсокартон, гипсовые камни. Составляют строительные смеси.
• Производство акустических плит
• Безопасность. Использование в качестве негорючего покрытия металлоконструкций.
• Хирургия и стоматология. Гипс применяют для создания слепков челюстей и накладывания гипсовых повязок при переломах.
• Керамика и дизайн. Для создания форм для заливки фигур используют обожженный гипс. Он отличается повышенной прочностью и надежностью.
• Скульптура, архитектура. Производство барельефов, карнизов, деталей лепнины, бюстов и скульптур.

Массовое производство и потребление гипса продолжается, потому что трудно найти более универсальный, недорогой и практичный материал.

Источник: lazarty.ru

Гипс строительный: свойства, характеристики, применение

Гипс строительный – сероватое либо белое порошкообразное вещество тонкого помола. Получается переработкой природного минерала методом обжига при повышенных температурах.

Производство

Изготавливается строительный гипс способом дробления естественных материалов с последующей переработкой в автоклавах. Для достижения нужной фракции материал проходит сушку и помол в шаровых мельницах.

Получение строительного гипса основано на уникальной способности вещества к выделению влаги из кристаллической решетки при нагревании до 140 о С. При достаточно незначительных температурных воздействиях нагреванием получают алебастр.

Разновидности

Существует несколько разновидностей гипса, которые находят широчайшее применение в сфере строительства и ремонта:

1. Высокопрочный – схож по составу с обычным строительным гипсом, однако строительная фракция отличается более мелкой кристаллической структурой. Высокопрочный гипс, благодаря наличию крупных кристаллов, обладает меньшей пористостью и высокой прочностью.
2. Полимерный – применяется при выполнении мелких ремонтных работ. Хорошо знакомы с материалом врачи-травматологи, которые нередко используют вещество для наложения повязок при переломах.
3. Целлакастовый – отличается податливой вязкой структурой. Эффективен при необходимости заделки мелких полостей в горизонтальных и вертикальных поверхностях.
4. Скульптурный – отличается наивысшей прочностью. Практически не содержит примесей и обладает естественной белизной. Используют преимущественно для заливки форм, изготовления скульптур, статуэток, фаянсовой продукции.
5. Акриловый – производится путем соединения минерала с водорастворимой акриловой смолой. Застывшая субстанция во многом напоминает гипс строительный, однако является более легким материалом.

Свойства строительного гипса

Качества всех гипсовых основ отличаются некоторой схожестью. Поэтому строительную фракцию можно считать эталоном для всех разновидностей материала.

Гипс строительный характеристики имеет следующие:

1. Отличается плотной мелкозернистой структурой.
2. Быстро схватывается и затвердевает. На приобретение плотной консистенции после закладки смеси уходит порядка пяти минут. Полностью схватывается материал примерно через полчаса.
3. Выдерживает влияния высочайших температур. Без разрушительных последствий гипс можно нагревать до 600-700 о С. При контакте с открытым пламенем деструктивные проявления становятся видны лишь после 6-7 часов.
4. Свойства гипса строительного позволяют ему противостоять существенным механическим воздействиям. Во время теста на сжатие материал демонстрирует прочность от 4 до 6 Мпа. У хорошо просушенных фракций показатели прочности в несколько раз выше.
5. Гипс отличается низким показателем теплопроводности, что позволяет его использовать при выполнении широкого ряда работ.

Строительный гипс: применение

Материал входит в число основных компонентов для изготовления большинства распространенных строительных смесей: шпатлевок, наливных полов, штукатурки и т.п.

Широко применяется гипс в индустрии по производству фарфоровых и керамических изделий. Здесь материал становится актуален в основном при необходимости изготовления форм, макетов, всевозможных моделей.

В промышленной сфере из гипса производят изделия для тампонирования и изоляции нефтяных скважин, а также изготавливают декоративные плиты, вентиляционные решетки.

Применяют материал в сфере изготовления строительных материалов: гипсокартона, перегородочных плит, пазогребневых изделий, гипсобетонных блоков. Но наибольшее распространение гипс строительный приобрел в индустрии производства быстротвердеющих легковыравнивающихся пластичных масс. Используются данные вещества при монтаже напольных, потолочных, настенных покрытий, при необходимости заделки швов, трещин и неровностей.

Приготовление смеси

Чтобы подготовить материал к использованию, потребуется сухая гипсовая основа и вода. Смешивать данные компоненты следует до достижения густоты, которая соответствует выполнению конкретных задач. Например, для заделки крупных углублений в вертикальных поверхностях лучше уменьшить количество воды при подготовке гипсовой смеси.

Процесс приготовления материала во многом схож с замешиванием клея для оклейки обоев. Вместительная емкость наполняется холодной водой, при постоянном неспешном помешивании засыпается сухая основа.

Следует понимать, что в полужидком, податливом состоянии материал находится не более 15 минут. Поэтому рекомендуется готовить смесь в небольших количествах под выполнение каждой конкретной задачи.

Подмешивание сухой основы в емкость после застывания предыдущей смеси с добавлением воды не является возможным, так как при этом гипс потеряет изначальные свойства. Несколько продлить время схватывания гипсовой массы без потери качества можно: для этого следует предварительно добавить в смесь небольшое количество обойного клея.

Хранение

Как и цемент, хранить гипс рекомендуется в водонепроницаемых полиэтиленовых мешках в сухих, хорошо проветриваемых помещениях. Однако даже при соблюдении всех требований к хранению материала со временем его свойства утрачиваются. Поэтому после истечения гарантийного срока применения материал стоит лишний раз испытать на пригодность.

Чтобы проверить качество гипса после длительного хранения, достаточно взять около 100 граммов материала, после чего растворить его в воде до образования консистенции не гуще сметаны. Образованную массу необходимо уложить на стекло либо листовой металл и определить время, которое уходит на полное застывание с момента приготовления смеси. Данный показатель должен соответствовать данным, указанным в технической документации материала. Отрезок времени, что необходим для застывания материала разных торговых марок, несколько отличается.

Источник: www.syl.ru