Как и любое вяжущее вещество, гипсовые вяжущие при смешении с водой образуют пластичное тесто, которое превращается со временем в камневидное тело вследствие ряда физико-химических процессов. Эти изменения протекают постепенно и непрерывно, однако условно различают следующие периоды:
• период текучести (время до начала схватывания), когда масса обладает подвижностью и текучестью;
• период схватывания, когда масса утрачивает свою подвижность, оставаясь при этом достаточно пластичной, т.е. способной деформироваться под действием внешних воздействий;
• конец схватывания, т.е. момент, соответствующий превращению массы в камневидное тело, после которого деформатив-ное воздействие на материал приводит к необратимой потере прочности.
Далее развивается процесс нарастания прочности в материале. Особенности отдельных этапов твердения должны учитываться при изготовлении изделий, так как приготовление массы, формо1 вание, транспортировка сырца и т.д. могут осуществляться только в течение определенного времени.
Твердение низкообжиговых гипсовых вяжущих происходит в результате гидратации полугидрата с образованием двуводного сернокислого кальция
CaS04 ■ 0,5H2O + l,5ff2O^> CaS04 ■ 2Н20.
Существует несколько теорий, объясняющих механизм твердения вяжущих веществ. На примере гипса рассматривать и сравнивать эти теории особенно удобно, так как это вяжущее мономинерально.
Кристаллохимическая теория была предложена Ле-Шателье в 1882 г. Она объясняла твердение вяжущего возникновением кристаллического сростка гидратных новообразований, выпадающих из раствора. Вяжущее растворяется с образованием раствора, который быстро достигает концентрации насыщения по отношению к соединениям его составляющим. Возникающие в результате гидратации новообразования менее растворимы, чем исходные вещества, следовательно, по отношению к ним раствор оказывается пересыщенным, что и влечет за собой их кристаллизацию.
При твердении строительного гипса в связи с тем, что растворимость двуводного сернокислого кальция составляет около 2 г/л, а растворимость исходного полугидрата — около 8 г/л, раствор оказывается пересыщенным по отношению к двугидрату, в результате чего из него выпадают мелкие кристаллы. При этом раствор обедняется сульфатом кальция, что обеспечивает растворение новых количеств полугидрата и кристаллизацию двугидрата. По этой схеме процесс продолжается до полной перекристаллизации всего исходного CaS04 ■ 0,5Н20. При высокой концентрации вяжущего в воде возникающие при твердении кристаллогидраты тесно соприкасаются друг с другом и срастаются, образуя прочные структуры твердения.
В 1892 г. появилась коллоидно-химическая теория В. Михаэли-са, которая объясняла твердение вяжущих образованием коллоидного «студня» новообразований (гелей), склеивающего частицы вяжущего и заполнителя. Согласно этой теории при твердении полуводного гипса гидратация CaS04 ■ 0,5Н20 идет не в растворе, а на поверхности частиц вяжущего. Двуводный гипс, образующийся таким образом, не может перейти в пересыщенный раствор и образует коллоидную массу. Упрочнение камня происходит вследствие отсоса воды из геля внутренними частями зерен вяжущего, сопровождаемого появлением дополнительных количеств двугидрата, и обусловленного этим повышения плотности. Таким образом, процесс протекает в основном топохимически, т.е. на поверхности зерна и без перехода минералов вяжущего в жидкую фазу. На более поздних сроках твердения коллоидная масса превращается в кристаллический сросток.
Posts Tagged ‘вяжущие’
Твердение гипсовых вяжущих
Суббота, февраля 27, 2010Свойства и применения гипсовых вяжущих
Суббота, февраля 20, 2010Водопотребность. Для получения пластичного гипсового теста необходимо значительно большее количество воды, чем для протекания реакции гидратации полуводного гипса (стехиометричес-кое количество воды - 186 г на 1 кг гипса). Чтобы получить литые изделия из 1 кг а-полугидрата, необходимо добавить 350-400 г воды, а из 1 кг р-полугидрата - 600-800 г воды. Избыточная вода остается в затвердевшем материале и в дальнейшем испаряется, обуславливая высокую пористость гипсового камня (50—60%). Чем ниже водопотребность вяжущего, тем плотнее и прочнее изделия на его основе, и именно поэтому а-модификация полуводного гипса дает более качественный и высокопрочный строительный материал.
Высокообжиговые гипсовые вяжущие имеют еще более плотную структуру и, соответственно, водопотребность их меньше, чем у низкообжиговых. Причем чем выше температура обжига, тем ниже водопотребность: у ангидритового вяжущего - 30-40%,у эстрих-гипса — 25—35%. Изделия из эстрих-гипса отличаются высокой морозостойкостью, повышенной водостойкостью и меньшей склонностью к пластическим деформациям, поэтому иногда его называют «гидравлическим» гипсом.
По срокам схватывания различают следующие виды гипсовых вяжущих:
• быстро твердеющие — с началом схватывания не ранее 2 мин и концом схватывания — не позднее 13 мин;
• нормально твердеющие — с началом схватывания не ранее 6 мин и концом схватывания — не позднее 30 мин;
• медленно твердеющие — с началом схватывания не ранее 20 мин и ненормированным концом схватывания.
Низкообжиговые гипсовые вяжущие относятся к быстро схва-тывающимся вяжущим веществам. Как правило, они схватываются уже через 5—15 мин. При этом увеличение тонкости помола, а также повышение температуры значительно сокращают сроки схватывания. Начавшие схватываться, а тем более схватившиеся растворы, нельзя подвергать механическим воздействиям во избежание разрушения формирующегося кристаллического каркаса. Короткие сроки схватывания гипса неудобны в технологическом процессе. Поэтому в состав гипса могут вводиться специальные добавки — замедлители схватывания. Обычно ими являются поверхностно-активные вещества (сульфитно-дрожжевая бражка, известково-клеевой и кератиновый замедлители), которые, адсор-бируясь на частичках полугидрата, образуют защитные пленки и замедляют взаимодействие вяжущего с водой. Замедлителями схватывания гипсовых вяжущих могут также служить неорганические вещества: бура, борная кислота, фосфат натрия и др.
В ряде случаев необходимо, наоборот, ускорить схватывание, например, для быстрого извлечения изделий из формы. Для этого используют добавки — ускорители схватывания — двуводный гипс, поваренную соль, серную кислоту и др.
Высокообжиговые гипсовые вяжущие относятся к медленно схватывающимся: ангидритовое вяжущее — начало схватывания не ранее 30 мин и конец схватывания — не позднее 24 ч; высокообжиговый гипс — начало схватывания не ранее 2 час и конец схватывания - не нормирован, но обычно вяжущее полностью схватывается в течение 12—36 ч.
Тонкость помола и прочность
Среда, января 13, 2010Тонкость помола. В зависимости от степени измельчения различают гипсовые вяжущие грубого, среднего и тонкого помола с максимальным остатком на сите с размером ячеек в свету 0,2 мм не более 23, 14 и 2%, соответственно.Чем тоньше размолот гипс, тем больше его реакционная поверхность и тем быстрее протекает схватывание и дальнейшее твердение, но одновременно увеличивается водопотребность. Особое значение тонкость помола имеет для высокообжиговых вяжущих, для них максимальный остаток на сите №008 — не более 15%.
Прочность. Марку низкообжиговых гипсовых вяжущих опре деляют по прочности при сжатии образцов-балочек размеро\ 40x40x160 мм, сформованных из теста нормальной густоты в возрасте 2 часа после затворения водой. ГОСТом установлено 12 марок от Г-2 до Г-25 (цифра в обозначении марки соответствует прочности при сжатии, выраженной в МПа). Наряду с прочностью при сжатии нормируется также прочность при изгибе, которая существенно ниже.
Прочность гипса может быть повышена путем сушки. При этом растворенный двуводный гипс оседает в порах и упрочняет кристаллический сросток. Прочность гипсовых образцов, высушенных при температурах до 60°С, в 2—2,5 раза выше прочности влажных образцов после 2 часов твердения.
У высокообжиговых вяжущих свои методы оценки прочности. Марку ангидритового вяжущего определяют по прочности при сжатии в возрасте 28 суток в образцах из растворов жесткой консистенции состава 1 : 3 (вяжущее : Вольский песок). Предусмотрен выпуск четырех марок вяжущего — 5, 10, 15 и 20 МПа.
Выпускаемый высокообжиговый гипс имеет марки 10, 15 и 20 по прочности при сжатии (МПа) через 28 суток образцов-кубов из раствора пластичной консистенции 1: 0 (без песка). Кроме того, затвердевший высокопрочный гипс отличается повышенным сопротивлением истиранию.
Наряду с гипсовыми вяжущими общестроительного назначения выпускают гипс для фарфоро-фаянсовой и керамической промышленности. Он имеет сроки схватывания, установленные для нормально твердеющего гипса, а остаток на сите с ячейками размером в свету 0,2 мм (№02) не более 1%. К этим вяжущим предъявляются и особые требования: объемное расширение — не более 0,15%, содержание нерастворимых в НС1 примесей — не более 1%, водопоглощение — не менее 30%.
Гипсовые вяжущие твердеют с некоторым увеличением объема (до 1%), благодаря чему гипсовые отливки хорошо заполняют форму и передают ее очертания. При его высыхании трещин не образуется, что позволяет применять гипс без заполнителей.
Свойства строительной воздушной извести
Понедельник, декабря 14, 2009Качество получаемой извести характеризуется ее активностью, которая определяется суммарным содержанием в ней оксидов кальция и магния. Активность извести, равная, например, 85%, означает, что в ней содержится 85% (по массе) СаО и MgO, способных к гидратации, а остальные 15% составляют различные примеси и неразложившийся СаС03. Чем выше активность извести, тем лучше ее вяжущие свойства и тем меньше требуется такой извести для приготовления строительного раствора.
По ГОСТу строительная воздушная известь подразделяется на три сорта для негашеной извести и на два сорта для гашеной извести. Активность негашеной извести без добавок для 1, 2, и 3 сортов должна составлять не менее 90, 80 и 70% соответственно; для 1 и 2 сортов негашеной извести с добавками — не менее 64 и 52%, соответственно. Содержание непрогасившихся зерен для трех сортов негашеной извести должно быть соответственно не более 7, 10 и 12%. В гашеной извести без добавок содержание СаО + MgO (в пересчете на сухое вещество) должно быть для I и 2 сортов не менее 67 и 60%, а для гашеной извести с добавками — не менее 50 и 40% соответственно.
Негашеная известь размалывается достаточно легко. Остаток на ситах №02 и №008 соответственно не более 1 и 10%. Обычно заводы выпускают продукт с остатком на сите №008 от 2 до 7%, что соответствует удельной поверхности 350—500 м2/кг.
Известь — самое пластичное вяжущее, что объясняется способностью частиц СаО удерживать на своей поверхности адсорбционные слои воды, уменьшающие трение между ними. Поэтому известковый раствор обладает высокой удобоукладываемостью, он легко и равномерно распределяется тонким слоем на поверхности кирпича или бетона и хорошо сцепляется с ними, а также заполняет все трещины и каверны. Это свойство известкового теста позволяет использовать его в качестве пластификатора, например, в цементных растворах.
Известковые растворы должны обладать равномерностью изменения объема при твердении. Гашение пережженных частиц в уже упрочнившемся тесте происходит медленно, и это может привести к образованию трещин.
Известковые растворы вполне воздухостойкие материалы. При воздушно-сухом режиме создаются благоприятные условия для их упрочнения за счет испарения влаги, а также карбонизации. Во влажных условиях известковые растворы размокают.
Прочность воздушной извести не нормируется стандартом. Прочность гидратной извести-пушонки, а также известкового теста обычно невелика и составляет примерно 0,5—1,0 МПа через 28 суток твердения. Молотая негашеная известь отличается более высокой прочностью — 1,0—5,0 МПа через 28 суток.
Молотая негашеная известь заметно отличается от гашеной извести и по ряду других свойств. Строительные растворы на негашеной молотой извести становятся удобоукладываемыми при значительно меньшем количестве воды, чем растворы на гашеной извести-пушонке или известковом тесте. Они обладают также более высокой прочностью. Строительные растворы на обычном известковом тесте схватываются в течение нескольких суток, а на молотой негашеной извести — за 30—60 мин. При затворении водой молотой негашеной извести в короткие сроки выделяется много теплоты, что может привести к возникновению в ней высоких температурных напряжений и разрушению изделия. Поэтому из молотой негашеной извести легче получить изделия высокой прочности при условии, что окружающая обстановка способствует быстрому отводу теплоты, например на морозе.
Дегидротация гипсового камня
Суббота, сентября 19, 2009В основе получения всех гипсовых вяжущих лежит способность двуводного сульфата кальция дегидратироваться с изменением состава и структуры. В зависимости от степени нагрева получаемый продукт обладает различной растворимостью в воде, превращаясь в итоге в нерастворимое, «намертво обожженное» состояние. Регулируя температуру тепловой обработки, можно получить различные гипсовые вяжущие, отличающиеся строительно-техническими свойствами. Кроме того, степень дегидратации двуводного гипса зависит от длительности тепловой обработки и давления водяных паров (рис. 3.1).
При температуре 100—140°С двуводный гипс сравнительно быстро дегидратируется до полугидрата
CaS04■ 2Н20-* CaSOA■ 0,5#2О + \,5Н20
С повышением температуры до 200°С процесс обезвоживания ускоряется. Гипс постепенно переходит в безводную модификацию — обезвоженный полугидрат, который в свою очередь при дальнейшем повышении температуры превращается в растворимый ангидрит. При этом полуводный гипс, как и последующие две его безводные модификации, могут существовать в виде а- и р-моди-фикаций, отличающихся по структуре, а-полугидрат образуется при температуре чуть выше температуры кипения воды, но при повышенном давлении водяного пара. Отщепляемая вода удаляется из гипса в жидком состоянии и не вызывает разрыхления или разрушения зерен. Получаются плотные кристаллы полугидрата с гладкой поверхностью, р-полугидрат получают при атмосферном давлении, вода при дегидратации выходит в виде пара, что приводит к сильному механическому диспергированию зерен, образованию шероховатого «изъеденного» рельефа поверхности с большим количеством трещин и капилляров. Чем выше температура и ниже давление водяного пара, тем мельче получаемые кристаллы.
Структурные отличия определяют особенности свойств а- и р-модификаций полуводного гипса, р-полугидрат отличается повышенной растворимостью, большей скоростью гидратации, но для получения подвижного гипсового теста он требует большего количества воды ( 50—70% от массы гипса по сравнению с 30—45% для а-полугидрата) и соответственно имеет меньшую прочность.
Обезвоженные полугидраты по структуре близки к полугидратам, но отличаются несколько большей (на 5—6%) водопотребностью. Растворимые ангидриты требуют воды на 25—30% больше, чем полугидраты, и дают камень меньшей Прочности. Поэтому следует избегать образования растворимого ангидрита при тепловой обработке гипсового камня. Начиная с 350°С, растворимый ангидрит переходит в нерастворимый «намертво обоженный», который практически не взаимодействует с водой и не твердеет. При температурах более 800°С начинается частичная диссоциация сернокислого кальция
CaS04-> СаО + S03,
и в составе продукта обжига появляется свободная известь.
Производство гипсовых вяжущих материалов
Суббота, сентября 19, 2009Гипсовыми вяжущими материалами называют тонкоизмель-ченные продукты термической обработки естественных или искусственных разновидностей сульфата кальция, способные после зат-ворения водой схватываться, твердеть и превращаться в камень на воздухе.
Различают низкообжиговые и высокообжиговые гипсовые вяжущие вещества. Низкообжиговые гипсовые вяжущие получают при температурах 140—180°С. Они состоят в основном из полуводного гипса (CaSO40,5H2O) и быстро твердеют. К ним относятся строительный, высокопрочный, формовочный и медицинский гипс. Высокообжиговые гипсовые вяжущие получают при температурах 600—1000°С. Они состоят преимущественно из безводного сульфата кальция (ангидрита) и медленно твердеют. К ним относятся ангидритовый цемент и высокообжиговый эстрих-гипс. Гипсовые вяжущие также входят в состав многих смешанных вяжущих, в которых основой композиции является полуводный гипс, а вторым компонентом — известь, цемент, измельченные гранулированные доменные шлаки.
Основное сырье для производства гипсовых вяжущих — природный гипсовый камень (CaSO^ 2Н20). Также могут быть использованы природный ангидрит (CaS04) и отходы химического производства — фосфогипс и борогипс. Необходимо иметь в виду, что использование в качестве сырья фосфо- и борогипса осложнено наличием в них загрязняющих примесей (оксидов алюминия, фосфора, фторидов и др.), которые могут негативно сказаться на свойствах вяжущего. В частности, при высоком содержании в фосфо-гипсе Р205 после тепловой обработки получается либо вообще не-твердеющий материал, либо низкопрочное вяжущее. Поэтому такой фосфогипс перед применением необходимо отмывать от примесей.
Вяжущие материалы в современной индустрии
Суббота, сентября 19, 2009Современная строительная индустрия предъявляет к вяжущим материалам новые требования. Для производства железобетона нужен быстротвердеющий портландцемент, для сооружения бетонных дорог — цемент, обладающий повышенной деформатив-ной устойчивостью, морозостойкостью, малой истираемостью, для декоративных целей необходимы белые и цветные цементы, а для ремонтных работ — быстротвердеющие и расширяющиеся цементы. В соответствии с требованиями строителей разработаны технологии производства соответствующих специальных цементов. Их ассортимент постоянно расширяется, сейчас в стране выпускается около 30 различных видов цемента. Одновременно повышается качество цемента, растет его средняя марка. Сбывается предсказание Д.И. Менделеева, сказавшего в 1891 году, что цемент «составляющий одно из важнейших приобретений между приложениями химии и потребностями жизни, есть строительный материал будущего».
Индустрия вяжущих материалов играет важную роль в современном общественном и экономическом развитии, так как во многом определяет потенциал промышленного и жилищного строительства. Чтобы построить 1 м2 жилой площади, в среднем нужно израсходовать примерно 300 кг вяжущих материалов. От темпов роста выпуска вяжущих материалов зависят масштабы капитального строительства, его экономичность и технический уровень. Цементы принадлежат к немногим важнейшим видам продукции, объем выпуска которых определяет экономический потенциал страны и уровень технического прогресса. При этом каждый вид вяжущего в соответствии с особенностями их свойств имеет свое назначение.
В основу классификации современной широкой палитры вяжущих веществ, как правило, положены условия, в которых они проявляют свои вяжущие свойства. С этой точки зрения вяжущие можно разделить на 4 группы: воздушные, гидравлические, автоклавные, термотвердеющие.
Воздушные вяжущие вещества при затворении водой схватываются, твердеют и превращаются в камень только на воздухе. Образовавшийся камень длительно сохраняет прочность также только в воздушной среде. Такие материалы применяют лишь в надземных сооружениях, не подвергающихся действию воды и в основном для внутренних помещений. К этой группе относятся строительная воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие материалы.
Гидравлические вяжущие вещества (цементы) способны при затворении водой после предварительного затвердевания на воздухе продолжать твердеть в воде, сохраняя и наращивая свою прочность. К ним относятся портландцемент, глиноземистый цемент, шлакопортландцемент и др.
Автоклавные вяжущие материалы превращаются в камень лишь при гидротермальной обработке в среде насыщенного водяного пара при температурах 150—200"С и давлении 0,9—1,3 МПа, то есть в автоклаве. Это известково-кремнеземистые вяжущие, на основе которых получают силикатный кирпич и силикатные бетоны.
Термотвердеющие вяжущие вещества твердеют только при термообработке при температурах выше 20°С, как правило, до 400°С, например, фосфатные цементы.