3.2 Мінеральні повітряні в'яжучі матеріали та їхня поведінка при впливі високих температур

3.2.1 Будівельний гіпс

Будівельний гіпс є повітряною в`яжучою речовиною, яку одержують за допомогою термообробки природного гіпсового каменю у відкритих котлах при 110-180 ^оС:

CaSO₄2H₂O  CaSO₄0.5H₂O + 1.5H₂O.

При змішуванні будівельного гіпсу з достатньою кількістю води (60-70%) утворюється пластичне тісто, яке потім починає швидко густіти і твердіє. Твердіння гіпсових в'яжучих відбувається за такою схемою:

1 етап - при з'єднанні з водою частки гіпсу починають розкладатися на поверхні до утворення насиченого розчину. Цьому етапу відповідає пластичний стан тіста;

2 етап - колоїдизація - пряме приєднання води до твердого гіпсу і утворення гелю (студню). Це етап схоплення (густіння тіста);

3 етап - кристалізація. Гель перекристалізується у більші кристали голчаcтої форми, що зростаються між собою, складаючи остов. Цей етап характеризується твердінням системи і підвищенням її міцності.

Якість гіпсових в`яжучих нормується за ГОСТ 125-79, відповідно до якого встановлюються такі показники:

– тонкість помелу;

– стандартна консистенція (нормальна густина) гіпсового тіста;

– межа міцності при стиску і вигині зразків – балочок розмірами 4416 см після 2 годин їх твердіння.

Відповідно до цього ГОСТу встановлено 12 марок гіпсу (за міцністю на стиск у МПа): Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25.

В залежності від часу схоплювання, гіпсові в‘яжучі розподіляють на швидко-, нормально- та повільнотвердіючі (див. табл. 3.1), а від ступеня помелу – на грубого, середнього і тонкого помелу (див. табл. 3.2).

Таблиця 3.1 – Класифікація гіпсових в‘яжучих за часом схоплювання

Вид в‘яжучого	Індекс часу твердіння	Строки схоплювання, хвил.
		початок, не раніше	кінець, не пізніше
Швидкотвердіюче	А	2	12
Нормальнотвердіюче	Б	6	20
Повільнотвердіюче	В	20	не нормується

Таблиця 3.2 – Класифікація гіпсових в‘яжучих за ступенем помелу

Вид в‘яжучого	Індекс ступеня помелу	Максимальний залишок на ситі № 2, не більше, %
Грубого помелу	I	23
Середнього помелу	ІІ	14
Тонкого помелу	ІІІ	2

Будівельний гіпс є швидкосхоплюючимся в‘яжучим. Терміни його схоплювання можливо регулювати, застосовуючи уповільнювачі схоплювання (буру, кістковий клей та інш.). При твердінні гіпс збільшується в об‘ємі, що враховується при виготовленні архітектурних виробів.

Будівельний гіпс широко використовується у штукатурних розчинах для внутрішніх робіт. Дуже розповсюджено використання гіпсу для випуску різних будівельних виробів заводського виготовлення: панелей і блоків для перегородок, стін, вентиляційних коробів, перекриттів, обшивних листів та інш. Гіпс використовується для виробництва гіпсо-цементно-пуцоланових в‘яжучих, що застосовуються для стін і перегородок.

Велика пористість гіпсового каміння визначає його низьку механічну міцність і малу теплопровідність. Тому гіпс застосовується також для виготовлення теплоізоляційних матеріалів – гіпсоволокняних виробів, які добре захищають від нагрівання металеві та інші конструкції.

Гіпсовий камінь, що затвердів, складається з поєднаних між собою кристалів CaSO₄2H₂O голчастої форми. При його нагріванні від 70^оС і вище починається процес дегідратації, поступові структурні і хімічні перетворення, що викликає руйнування кристалічної структури і зниження міцності гіпсу (рис. 3.1).

За етапами цей процес можна показати у наступній формі:

понад 70 ^оС – починається дегідратація CaSO₄2H₂O, яка викликає порушення кристалічної структури гіпсу;

100 ^оС – міцність різко знижується до 45% від попередньої;

200-350 ^оС – міцність знижується до 40% і стабілізується, лише на поверхні з'являються волосні тріщини;

400 ^оС – дегідратація завершується, міцність гіпсу спадає до 30 %, структура повністю руйнується

( CaSO₄2H₂O  CaSO₄ + 2H₂O ).

700 ^оС – міцність лінійно знижується до 0;

900 ^оС – повний розпад сульфату кальцію

2CaSO₄  2CaO + 2SO₂ + O₂ .

А окис кальцію (CaO) за мірою охолодження і зволоження здатний до повторної гідратації зі збільшенням об’єму і повним руйнуванням каменю:

CaO + H₂O  Ca(OH)₂ .

Таким чином, виявляється, що гіпс дуже чуйний до нагрівання: при 100 ^оС його міцність знижується удвічі. В той же час гіпсовий камінь, що затвердів, має досить високі теплоізоляційні властивості і прогрівається дуже повільно.