Твердіння будівельного гіпсу

В'язкі речовини при замішуванні водою утворюють пластичну масу, яка згодом перетворюється в тверде тіло. Перетворення це відбувається не відразу, а поступово. Спочатку рухлива пластична маса ущільнюється і густіє, що є початком схоплювання (для полуводного гіпсу перший період після змішування з водою характеризується в ряді випадків плинністю маси). Надалі схоплює маса все більше ущільнюється, остаточно втрачає пластичність і поступово перетворюється в тверде тіло, яке не має, однак, спочатку помітною міцності. Цей момент відповідає кінцю схоплювання.







Схоплювання є початковою стадією твердіння, в результаті якого напіврідка пластична маса зачиненого водою в'язкої речовини перетворюється в тверде тіло.

Після закінчення схоплювання відбуваються подальші хімічні і фізичні перетворення, що супроводжуються тривалими ущільненням і наростанням механічної міцності, що і характеризує собою процес твердіння в'яжучих речовин.

Здатність в'яжучих речовин давати з водою пластичне тісто надає виготовленим з них розчинів і бетонів удобообрабативаемость, завдяки якій вони заповнюють усі деталі форми і опалубки.

При твердінні будівельного гіпсу відбувається гідратація полуводного гіпсу з перетворенням його в двуводний за рівнянням:

Отже, при твердінні йде процес, протилежний тому, що відбувається при випалюванні.

За Лешательє, напівводяний гіпс при замішуванні водою розчиняється в ній до освіти насиченого їм розчину. Розчинність полуводного гіпсу становить близько 7 г на 1 л води, вважаючи на CaS O 4. напівгідрат в розчині внаслідок гідратації переходить в двогідрату, розчинність якого становить 2 г CaS O 4 на 1 л води. Розчин, насичений по відношенню до напівводного гіпсу, пересичений по відношенню до образующемуся двуводного гіпсу, тому останній буде виділятися з розчину у вигляді кристалів. В результаті цього розчин стає біднішим сірчанокислим кальцієм. Це дає можливість розчинитися в ньому нової порції полуводного гіпсу до освіти насиченого розчину, з якого будуть знову виділятися кристали двуводного гіпсу. Цей процес триває до повної гідратації і кристалізації всього полуводного гіпсу.

А. А. Байков вказує, що при твердінні полуводного гіпсу, крім процесів розчинення і кристалізації, має значення процес коллоидация. Коли розчин стане насиченим по відношенню до напівгідрату, дія води на напівгідрат внаслідок великого їх хімічної спорідненості триває на поверхні (топохимической). Утворений при цьому двуводний гіпс не може переходити в розчин, так як останній є по відношенню до нього пересиченим. Тому він буде виділятися в колоїдального-дисперсному стані, яке обумовлює пластичність зачиненого водою в'язкої речовини. Що виділився в колоїдальному стані двогідрату з плином часу переходить в кристалічну форму, причому втрата пластичності викликається утворенням великої кількості кристалів і тертям, що виникають при їх зіткненні.

Процес твердіння будівельного гіпсу можна, по А. А. Байкову, розділити на три періоди: перший - розчинення і утворення насиченого розчину, другий - утворення колоїдальних маси у вигляді гелю, третій - кристалізація з перетворенням гелю в кристалічний зросток. Зазначені періоди не слідують один за іншим в строгій послідовності, а накладаються один на інший так, що, наприклад, при не закінчилися у всій масі матеріалу процесах коллоідообразованія, характерних для другого періоду, можуть у відомих частинах твердіє маси йти вже процеси кристалізації, характерні для третього періоду.

П. А. Ребіндера і Е. Е. Сєгалова вважають, що при твердінні відбувається розчинення у воді первинної твердої дисперсної фази в'язкої речовини з утворенням розчину, пересичені по відношенню до кристалів новоутворень, які викристалізовуються з цього розчину з утворенням просторової структури твердіння, т. е. затверділого штучного каменю. Проміжною стадією є перехід іонів з решітки в'яжучого у водне середовище і гідратація їх в цьому середовищі. Зв'язування розчинених компонентів в новоутворення призводить до подальшого розчинення частинок вихідного в'яжучого.







Розвиток структури твердіння при викрісталлізовиванія новоутворень протікає, по П. А. Ребіндера і Е. Е. Сєгалова, в два етапи. Протягом першого формується каркас кристаллизационной структури з виникненням контактів зрощення між кристалами новоутворень. Протягом другого етапу раніше виник каркас обростає, тобто ростуть складові його кристалики. Таке обростання призводить до підвищення міцності, але за певних умов може з'явитися і причина появи внутрішніх напружень, що викликають зниження міцності. Найбільша кінцева міцність обумовлюється виникненням кристаликів новоутворень достатньої величини при мінімальних напругах, які супроводжують формування і розвиток кристаллизационной структури.

Незалежно від того, чи йде процес через розчин або в твердій фазі при взаємодії будівельного гіпсу та інших в'яжучих з водою, безсумнівно, виникає колоїдна система. Новоутворення представлені частками колоїдних розмірів, які утворюють колоїдну структуру, що володіє всіма властивостями, властивими колоїдних систем і значно впливають на процес твердіння.

Зростання міцності пов'язаний з кристалізацією новоутворень і зростанням дрібних кристалів. Перекристалізація ж, що протікає в уже сформованому зростку, може знизити міцність.

Залежно від необхідної удобообрабативаемості воду для замішування будівельного гіпсу додають в кількості, значно перевищує необхідну для утворення двугидрата. Після перетворення полуводного гіпсу в двуводний зайва вода обволікає кристали двуводного гіпсу, розділяючи їх. Для збільшення механічної міцності необхідно подальше за гидратацией зрощування кристалів двуводного гіпсу, яке відбувається при випаровуванні води внаслідок висихання твердіє маси. При висиханні за рахунок гіпсу, розчиненого в випарувалася воді, відбуваються зростання і зрощення між собою безлічі голчастих кристалів двугидрата. Після повного висушування твердіння гіпсу закінчується і подальшого наростання міцності не відбувається.

Те, що відбувається при висиханні твердіє маси наростання міцності можна прискорити шляхом сушки твердіє гіпсу, причому міцність висушених до постійної ваги виробів відповідає приблизно міцності, що досягається в звичайних умовах до 7-28 діб. Температура сушіння не повинна перевищувати 65 С щоб уникнути зворотного дегідратації двуводного гіпсу.

Твердіння полуводного гіпсу супроводжується виділенням тепла в кількості 27 ккал на 1 кг полуводного гіпсу. При цьому порівняно ненабагато підвищується температура. Вона досягає 40-50 С тільки при виготовленні великих виробів без добавки піску.

Будівельний гіпс є бистросхвативающегося і швидко твердіє в'язкою речовиною. Зазвичай він схоплюється через 5-15 хв. Це викликає ряд незручностей, так як зачинений гіпс потрібно застосувати в справу до початку схоплювання. При порушенні процесу схоплювання будуть руйнуватися вже утворилися кристалічні зростки і значно знижуватися міцність. Тому доводиться або зачиняти гіпс малими порціями, щоб використовувати його до початку схоплювання, або додавати до гіпсу різні речовини, що уповільнюють терміни схоплювання. До таких речовин відносяться: кepaтіновий сповільнювач, сповільнювач БС, які не активоване і активоване вапном кістковий і міздровий клей, сульфітно-спиртова барда, бура, казеїн і ряд інших речовин.

При заводському виготовленні гіпсових будівельних деталей і твердінні їх на холоду потрібно прискорювати схоплювання будівельного гіпсу. Для цього до нього додають двуводний гіпс, поварену сіль, сірчанокислий калій і натрій, сірчану кислоту, луги; кремнефторістий натрій, фтористий натрій і ряд інших речовин. Найчастіше застосовують добавку двуводного гіпсу, кухонної солі або суміші їх один з одним (близько 1% гіпсу і близько 0,5% солі). При добавці двуводного гіпсу слід враховувати, що як прискорювач схоплювання більш ефективний так званий вторинний двогідрату у вигляді меленого бою затверділих гіпсових виробів.

Сповільнювачі схоплювання зменшують швидкість розчинення або розчинність полуводного гіпсу і отже знижують ступінь його пересичення, що викликає кристалізацію. Зокрема, дію клею пояснюється тим, що він утворює колоїдний розчин, що зменшує швидкість розчинення полугидрата і затримує процес кристалізації двуводного гіпсу. Органічні речовини, що дають колоїдні розчини надають на швидкість схоплювання гіпсу такий же вплив.

Прискорювачі схоплювання діють в іншому напрямку. Одні з них підвищують розчинність полуводного гіпсу, інші (наприклад, двуводний гіпс) утворюють центри кристалізації, що прискорюють процес схоплювання. Підвищення температури прискорює схоплювання будівельного гіпсу. Однак після певної межі (40 - 60 С) схоплювання його починає сповільнюватися, а при температурі понад 100 0С, при якій пружність дисоціації водяної пари двугидрата досягає пружності парів киплячої води або перевищує її, схоплювання практично припиняється, так як напівводяний гіпс вже не може переходити в двуводний.