Свойства гипса

Гипс (водный сульфат кальция) - самый распро­страненный минерал, относящийся к группе сульфа­тов. Его название происходит от греческого слова gypsos. Гипс царапается ногтем и легко режется ножом. Известно несколько разновидностей гипса , используе­мых в качестве коллекционных камней, в частности мелкозернистый алебастр. Шелковистый шпат, волокнистый гипс и белый гипс обладают шелковистым блеском, их часто обрабатывают в форме кабошонов и полируют, при этом проявляется эффект «кошачьего глаза».

Мягкий селенит, который бес­цветен и прозрачен, тоже иногда подвергается огранке. Популярны сре­ди коллекционеров прекрасные «розы пустыни», двойниковые кристаллы «ласточкин хвост» и звездообразные формы.

Применение гипса

Гипс используется в производстве штукатурки, удобрений, портланд­цемента, бумаги, красок и карандашей. Он является самым распространен­ным эвапоритом - осадком, остающимся после испарения воды. Гипс, встречается в виде массивных отложений в осадочных горных породах вме­сте с известняками и сланцем. Он образуется в результате гидратации ми­нерала ангидрита.

Гипсу сопутствуют кальцит, сера, кварц, доломит, галит и глина. Иногда гипс откладывается в результате испарения соленой воды или образует на месте высохших озер мягкие полупрозрачные кристаллы. Он также встречается в виде кристаллов в глине, в виде оболочки соля­ного купола и в зонах действия вулканов. Алебастр, как плотный, так и мелкозернистый, используется для создания статуй и лепных украше­ний.

Однако ввиду чрезвычайной мягкости алебастра изделия из него лег­ко ломаются и быстро разрушаются. Как правило, алебастр полупрозрачен и окрашен в белый, розоватый или коричневатый цвет. Основные место­рождения гипса и алебастра находятся в Италии и в Англии. В Уэльсе добывают ро­зовый алебастр.

Происхождение гипса

Есть месторождения алебастра в Испании, Иране и Пакистане. «Алебастр», из которого в Древнем Египте и Древнем Риме якобы изготавливали вазы, надгробия и прочее, на самом деле мрамор (карбонат кальция). Богатые месторождения гипса есть в США (штаты Аризона, Калифорния, Юта, Колорадо, Оклахома, Нью-Мексико, Огайо, Мичиган, Вир­гиния и Нью-Йорк), в Канаде и во Франции.

В строительном деле гипс находится на втором месте после цементно-песчаных смесей. Неприхотливость материала, отличная экологичность и относительно несложная технология использования стали причиной массового использования строительного гипса для производства безопасных блоков, элементов отделки и даже предметов интерьера.

Производство гипсовой массы

Сырьем для производства гипса строительного назначения являются природные залежи гипсового камня в форме безводного ангидрида — сульфата кальция, его двухводной модификации CaSO 4 *Н 2 О, а также огромное количество промышленных отходов химического и металлургического сектора производства.

Технология производства гипса состоит из трех последовательных операций:

• Очистка, фракционирование и предварительный помол сырья;
• Термообработка при различной температуре, от 160 о С до 1000 о С;
• Окончательный домол термообработанной массы гипса до пылевидного состояния, подсушка и фасовка строительного материала в герметичную упаковку.

Общая технология производства гипса разделяет вяжущий гипсоматериал на две категории - быстро схватываемый, или полуводный материал, и медленно застывающий гипсовый камень. К первой группе относят строительный и высокопрочный формовочный гипсоматериал, ко второй — менее прочный ангидридовый цемент и высокообжиговый камень, именуемый по старинке эстрих-гипсом.

В процессе нагрева до 180 о С сырье — двухводный гипсокамень распадается на две модификации, после разделения на ситах высокопрочный α-гипс используется для изготовления гипсокамня, блоков и форм, β-модификация разделяется на несколько категорий, наиболее вязкая, с высокой прочностью на изгиб, применяется для строительных целей, остальное в качестве декоративного и вспомогательного материала.

Разновидности гипсового камня

Кроме химсостава, свойства и характеристики гипса в значительной степени зависят от структуры сырья. Например, кроме природного алебастрового камня, обладающего выраженной поликристаллической структурой, для производства используют волокнистую разновидность кальциевого ангидрида - селенит.

Все разновидности гипса, от строительного до декоративного или архитектурного, получают путем варьирования содержания селенита, алебастра, сырого гипсового камня, тонкомолотых отходов сульфата кальция, подвергнутых термообработке при различной температуре. После фракционирования сырца по степени помола гипс разделяют на три группы:

• А — быстротвердеющие или алебастровые материалы;
• Б и В - смеси с временем затвердевания до 15 мин;
• Г — строительные гипсовые материалы.

Чем мельче зерно, тем быстрее твердеет материал.

Строительный или высокомарочный гипс

Для проведения строительных работ применяют не самые прочные марки гипса, более важным считается равномерность застывания и относительно большое водопоглощение, обеспечивающее смесям высокую пластичность. Для производства строительных материалов из гипса, шпаклевок, гипсовых штукатурных смесей используют β-модификацию средней тонкости помола.

За счет специальных смачивающих и замедляющих схватывание добавок с гипсовым раствором можно работать практически, как с цементно-песчаной смесью. Благодаря этому уменьшается усадка гипса и риск возникновения трещин в строительном материале.

Высокопрочный гипсовый камень

Тонкомолотые α-модификации гипса сырца используются для изготовления готовых строительных элементов отделки, например, искусственного облицовочного камня, гипсокартонных листов, противопожарных перегородок и плит для укладки напольного покрытия.

Высокопрочные гипсовые смеси могут применяться для отделки стен каркасных зданий, потолочных перекрытий, деталей интерьера. На 100 кг термообработанной сырцовой массы приходится не более 20% высокопрочной фракции, поэтому материал получается достаточно дорогой и в чистом виде используется редко. Чаще всего высокопрочный строительный гипс является основой для изготовления огнестойкого или архитектурного материала.

Полимерный камень-гипс

Идея добавить в гипсовую массу полимерные добавки используется достаточно давно. Получают полимерный гипс двумя способами:

• Добавкой водорастворимых полимерных соединений, улучшающих текучесть гипса и смачивание зерна. Водорастворимый полимер, например, поливинилацетатная эмульсия или водный раствор карбоксицеллюлозы, увеличивают стойкость материала к ударам и знакопеременным нагрузкам;
• Насыщение поверхности готовой отливки из строительного гипса летучими полимерными композициями, чаще всего на основе полиуретана или полипропилена.

В обоих случаях тонкая пластина из строительного гипса получается достаточно упругой и одновременно легкой. Из полимергипса можно легко изготовить недорогую отделку, по фактуре и рисунку имитирующую дорогие породы древесины.

Целлакастовый гипсовый материал

Широкому применению гипсоматериала препятствует один из врожденных его недостатков - высокая хрупкость гипса. Это препятствует изготовлению тонких стяжек или оболочек из строительного гипса. Поэтому строительный материал насыщают специальным армирующим микроволокном, поверхность которого обработана полиуретаном.

В результате прочность строительного материала возрастает на 40-50%, а сопротивление к изгибающим нагрузкам на 150-200%. Целакастовый гипс широко используется в медицинских учреждениях для наложения фиксирующих повязок при переломах и тяжелых травмах конечностей.

Скульптурный или формовочный гипсоматериал

Обычный строительный гипс после небольшой модификации полимерными смолами и двухатомным спиртом превращается в массу, из которой можно изготовить модель, оттиск, барельеф любой сложности.

Формовочный материал из гипса нельзя разводить водой, как это обычно делается для строительного гипса. В комплекте к белому или бежево-серому порошку тонкого помола придается специальный растворитель на водно-спиртовой основе. Благодаря применению растворителя удается достичь практически нулевой усадки материала. Поэтому из скульптурного гипса нередко изготавливают сувенирную продукцию и слепки с предметов с мельчайшей резьбой или гравированием, например, при копировании редких монет, артефактов, старинных наград.

Акриловый гипсоблок

Строительный гипс достаточно просто превратить в домашний вариант самодельного фаянса. Достаточно выполнить замес с предварительной добавкой однокомпонентной акриловой смолы. В результате получается легкая и очень твердая отливка, которую можно обрабатывать резьбой, шлифовкой, сверлением. Например, сделать из строительного гипса декоративную лепнину или вазы под старинный фарфор.

В строительном деле смеси из акрила и гипса используются для изготовления облицовки стен из гипсоблоков и формирования черновой основы самовыравнивающихся наливных полов.

Полиуретановый гипсоматериал

Использование нетканых полиуретановых полотен и волокон со специально обработанной поверхностью позволило создать принципиально новый материал для изготовления иммобилизующих повязок, жгутов и накладок, фиксирующих конечности и части тела при тяжелых травмах.

В отличие от целлокастового гипса, полиуретановый гипсоматериал обладает высокой прочностью и достаточной гибкостью отливки, чтобы снизить дискомфорт от его использования. Полиуретановый материал получают из строительного с помощью специальной процедуры пересева молотой массы и выделения наиболее крупного зерна одного размера. В результате переработки черновой массы строительного гипса получается отливка с огромными порами, обеспечивающими свободный доступ воздуха к тканям тела.

Белый гипсовый камень

Строительный гипс служит сырьем для изготовления так называемых белых или стоматологических гипсоматериалов. Белый цвет получается за счет глубокой очистки исходного сырья, удаляются окислы серы, сульфаты тяжелых металлов, железа, органические примеси, обычно окрашивающие строительный гипс в серовато-бежевый цвет.

Из белого тонкомолотого камня изготавливают смеси для формования оттисков, необходимых для последующего протезирования или лечения. Белый камень отличается от строительного материала целым букетом дополнительных качеств:

• В составе гипсовой отливки не должно быть раздражающих или токсичных материалов;
• Отсутствие усадки формы из белого гипса;
• Минимальное водопоглощение;
• Быстрое схватывание гипсовой матрицы.

К сведению! Белый гипс, как правило, обеспечивает очень высокие характеристики оттиска, поэтому его нередко используют для изготовления литейных форм ювелирных изделий. В форму из строительного гипса льют детали весом размером не менее 3г.

Мелкозернистый гипс

Уменьшение размеров зерна строительного гипса способно существенно улучшить две основные его характеристики:

• Увеличивается прочность материала под воздействием изгибающих нагрузок;
• Выше гибкость отливок небольшой толщины.

Отливка на основе α-гипсового зерна тонкого помола способна показать прочность в 350-400 кг/см 2 . Единственное ограничение, с которым приходится считаться, - это высокая усадка, поэтому строительный гипс на основе мелкого зерна используют для ремонтных работ и изготовления высокопрочных покрытий.

К сведению! Из мелкозернистого гипса после вакуумирования и высокотемпературного отверждения смеси можно легко изготовить тонкий лист, по виду и свойствам практически идентичный упаковочному картону.

Жидкий гипсовый материал

Если вместо воды для замеса строительного гипса использовать спиртовые гликолевые растворы, то материал можно достаточно долго хранить в неизменном состоянии. Жидкий гипсовый материал применяется для выполнения ремонтных и термоизоляционных работ. После добавления водного раствора хлорида кальция и поваренной соли жидкий гипс можно закачивать под давлением в трещины стен или плит перекрытия. Для ремонта фундамента жидкость используют только в комплексе с полимерными смолами, например, полиуретанами.

Водостойкий гипсокамень

При всех своих достоинствах обычный строительный гипс остается достаточно чувствительным к воздействию влаги или конденсата. Влагостойкий материал ГКВЛ изготавливают с использованием термореактивных полимерных порошков, а иногда и просто тонкоизмельченного полистирола, добавляемых в сухой строительных гипс на этапе формования плиты.

После отверждения строительные плиты подвергают термообработке, и материал приобретает водостойкие качества.

Огнеупорный блок

Термостойкий или даже огнеупорный гипсоблок в промышленных масштабах изготавливают на основе обычного строительного гипса и огнестойких добавок. Подобный материал можно изготовить даже собственными руками по следующему рецепту:

• 30% веса высокомарочного строительного гипса и столько же воды;
• 15% молотой золы или шамотной пыли;
• 4% окиси алюминия, можно взять промытую тощую белую глину;
• По 2% негашеной извести и молотой двуокиси железа.

К сведению! Если необходим строительный гипс по классу Г1 пожаробезопасности, то сложный состав можно заменить тонкомолотым кварцевым песком, правда, нагрев выше 600оС такой гипсовый камень не выдержит.

Архитектурный

Чаще всего под строительным гипсом для архитектурных работ подразумевают модифицированный полиуретановыми волокнами или полистиролом обычный формовочный гипс. Это относительно мягкий материал, и из него можно без особых проблем сделать макет или отлить простейшие элементы лепнины.

Настоящий архитектурный гипс для строительных работ изготавливается на основе гипсового камня, подвергнутого обжигу при температуре 800-1000 о С. Получается очень твердый вязкий строительный гипс, плохо впитывающий воду. Если выдержать технологию приготовления замеса, получится гипсовая отливка с очень твердой и одновременно износостойкой поверхностью.

В отличие от полистирольного архитектурного гипса, из которого в настоящее время мастера любят собирать отделку в стиле XVII века, настоящая лепнина для наружных стен отливалась из высокообжигового строительного гипса. Разница впечатляет. Полистирольный камень стоит от силы 10 лет, старый каленый гипс в условиях климата Санкт-Петербурга выдержал без малого две сотни лет.

Марки гипсовых смесей

В процессе производства термообработанную массу после помола фракционируют по плотности и размеру частиц. В соответствии с ГОСТом № 125-79 материал делят на четыре группы или двенадцать марок.

К первой относят рядовые гипсовые материалы Г2-Г7, прочностью 20-70 кг/см 2 , вторая группа — малоусадочные смеси Г10, Г13-16. Третья группа — высокопрочные Г22-25, к четвертой относят гипсовые смеси со специальными свойствами, например, огнестойкие или высокопористые блоки и камни.

Свойства строительного гипса

Обычный гипсовый блок, используемый для строительных целей, представляет собой высокопористую массу, объем воздушных каналов может достигать 50-55%. Плотность камня из строительного гипса составляет 2,6-2,75г/см 3 , для насыпной массы 900-1000 кг/м 3 в прессованном, но неотвержденном состоянии, строительная смесь может уплотняться до 1400 кг/м 3 .

Сухой твердый гипсокамень легко выдерживает нагрев до 450-500 о С, через 100-120 мин после начала теплового воздействия поверхность начинает отслаиваться до постепенного разрушения. Теплопроводность гипсоблока составляет 0.259 ккал/м град/час при комнатной температуре.

Степень помола

Полученный в процессе обработки перегретым паром под давлением 1,5-2,5Ат строительный гипс сырец условно разделяют на три сорта

• Первый сорт материала соответствует фракции, оставляющей на сите с плотностью отверстий 918 ед. на см 2 не более 15% начального объема. Это наиболее активная и прочная фракция строительного гипса;
• Ко второму сорту относят более вязкие массы с остаточной влагой не более 0.1% массы, после прохождения ситового теста на сетке должно оставаться не более 25%;
• Третий сорт , строительный гипс особо тонкого помола, оставляет на сите не более 2% массы.

Понятно, что чем мельче зерно кальциевого ангидрида, тем быстрее происходит водопоглощение и больше гидравлических связей образуется между отдельными зернами строительного гипса, тем прочнее и тверже поучается гипсовый камень.

Прочность на сжатие и изгиб

Предел прочности для строительного гипса первой категории определяется, как 55 кг/см 2 . Вторая категория после завершения процесса затвердевания должна выдерживать статическую нагрузку на уровне 40 кг/см 2 . Примерно через четыре часа затвердевший строительный камень после подсушивания должен выдерживать до 200 кг/см 2 .

Прочность на изгиб для высушенного камня составляет 30% от статического сжатия для неармированного материала и 65% для армированной массы. Увеличение влажности камня всего на15% может снизить прочность на 40-60%.

Нормальная густота, водопотребность или водогипсовое отношение

Количество воды, требуемое для образования внутренних связей между зернами, зависит от химического состава. Для α-гипса на основе полугидрата требуется 35-38% воды от веса строительного гипсокамня, для более слабого вязкого β-полугидрата, из которого производится основная часть строительного гипсоматериала, необходимо 50-60% водного растворителя.

Густота гипсовой смеси на первых минутах соответствует обойному клею, через 10 мин. это уже густая сметана, и еще через 5 мин. — вязкая, крошащаяся масса. Введением добавок на основе СЖК, квасцовых гелей или даже извести густоту можно стабилизировать, а общее водопотребление строительного материала снизить на 10%.

Армирование гипсовых плит и блоков

Несмотря на внутреннюю однородность застывшей гипсовой массы, прочность блоков и плит на изгиб считается недостаточной. Особенно сложно работать с тонкими плитами и листами. Зачастую падение строительной гипсовой облицовки со стены на пол означает разрушение и накол материала.

Строительные гипсовые блоки армируются полиэфирным рубленым волокном, тонколистовые панели укрепляются введением стекловолокна и распушенной целлюлозы.

Гипс как вяжущий материал

Сухая гипсовая смесь обладает высокой водопоглощающей способностью, например, полугидратный α-гипс обладает поверхностью до 6000 см 2 /г, а более слабая β-модификация - в два раза больше. Небольшое количество гипсовой смеси 3-5%, добавленной в известковый или цементный раствор, может увеличить вязкость на 15%.

Относительно простой и эффективный способ коррекции вязкости любого строительного раствора, но стоит учитывать, что процесс водопоглощения развивается в прогрессии, поэтому остаточная вязкость смеси будет сформирована не ранее чем через 15 минут после добавки материала.

Схватывание гипса

Высокомарочный гипс обладает высокой скоростью затвердевания, на практике для свежеобожженного строительного материала первой категории процесс схватывания должен начаться уже через 4 минуты после разбавления водой. Для гипсового материала второй категории процесс отверждения по стандарту должен начинаться не ранее чем через 6 минут. Понятно, что из-за поглощения водяных паров воздуха гипс, даже будучи тщательно упакованным в водонепроницаемую оболочку, теряет активность, поэтому нормативами на гипсовый материал предельное время начала твердения ограничено 30 минутами. Все, что более того, уже считается непригодным для использования. Общее время схватывания от начала замеса до перехода в твердое состояние не должно превышать 12 мин.

Время схватывания строительного гипса ограничено отрезком времени в 3 часа. Исключение составляет ангидридный цемент, для которого предельный срок схватывания установлен в 24 ч. Если строительный гипсоблок набирает маточную прочность уже через 3-4 ч, в зависимости от температуры и условий замеса, то для ангидридного гипсового кладочного раствора предельный срок установлен, как и для цементно-песчаных смесей, 28суток. Образец из затвердевшего ангидридного гипсового вяжущего должен выдерживать нагрузку на сжатие 50-150 кгсм2.

Твердение гипса

Процесс связывания воды и набора прочности строительным гипсом может сопровождаться расширением твердеющей массы. Чем больше в химсоставе ангидрида в растворимой форме, тем больше степень расширения. Например, полугидрат способен увеличить размер на 0,5%, а для β-модификации материал отливки увеличивается на все 0,8%.

Это приводит к самоупрочнению строительной массы, но не очень удобно, если нужно выдержать максимальную точность слепка, поэтому с эффектом борются с помощью добавок 1% извести или материалов Помазкова. В процессе высыхания строительный гипс дает усадку, поэтому каменные массы большой толщины всегда нагружены внутренними напряжениями.

Строительный гипс: применение

Высокая степень универсальности и очень простая технология приготовления стали причиной огромной популярности гипсового камня. Материал прекрасно обрабатывается, режется, сверлится, клеится. При этом в массе строительного камня практически не процессов старения и деградации, как у пластика или полимер-минеральных плит.

Гипсоблоки и гипсокартонные листы стали одним из наиболее востребованных вариантов облицовки стен в жилых помещениях. Во-первых, высокая пористость гипса дает возможность регулировать влажность естественным образом. Во-вторых, строительный гипс обладает хорошей звукоизоляцией и низкой теплопроводностью.

Материал легко красится и штукатурится, при необходимости с помощью восковой мастики стены можно сделать влагонепроницаемыми для воды и конденсата, но относительно прозрачными для водяного пара.

Приготовление смеси

Процесс приготовления гипсового раствора начинается с просеивания сухой смеси через сито, лучше всего использовать ДК0355, это примерно 400 отверстий на квадратном сантиметре. Далее необходимое количество воды подогревают до 40 о С и выливают в емкость миксера. Гипс добавляют малыми порциями в воду, и тут же мастерком разбивают тонкую пленку, образовавшуюся на водной поверхности.

В теории прочность отливки строительного гипсоблока зависит от консистенции замеса. Чем гуще раствор, тем меньше размер пор и кристаллов ангидрида. При избытке воды кристаллы быстро увеличиваются в размерах, что приводит к интенсивному порообразованию.

Хранение материала

Единственный надежный способ качественно хранить сухой гипсовый материал — это использовать стеклянные банки с запаянной крышкой. Сухой прокаленный гипс можно применять для осушения емкостей или пола, но для восстановления начальных качеств материал необходимо раскислить водным раствором серной кислоты, удалить прокаливанием воду и повторно смолоть в пыль до размеров зерна 0,01-0,003мм. Промышленная полиэтиленовая упаковка обеспечивает надежное хранение сухой смеси только в течение первых двух месяцев. Сухие штукатурки на основе гипсового материала в бумажных мешках после вскрытия должны быть использованы в течение 3-х дней.

Заменитель гипса

Единственным материалом, способным заменить строительный гипс, принято считать алебастр, как в чистом виде, так и с добавками извести или полимерных эмульсий. Сухую известь в количестве до 1% нужно вносить на этапе подготовки строительной смеси к замесу. Материал интенсивно растирают на металлической или каменной поверхности, чтобы замес получился максимально однородным. Если необходимо приготовить литейную форму, то в алебастр может добавляться белая глина и чешуйчатый графит из расчета 2% и 1% соответственно.

Чем отличается гипс от алебастра

Оба материала являются продуктом обжига природного серного ангидрида, но из-за большого количества примесей оксида железа и оксида алюминия материал алебастра получается с небольшим рыжеватым оттенком. В отличие от гипса, алебастр схватывается за 3-5 мин, поэтому любые отливки из алебастрового камня обладают высокой твердостью поверхности. Алебастр хуже воспринимает механические нагрузки и дает высокую степень расширения с последующей усадкой.

Если вы задались вопросом о том, что такое гипс, то должны знать, что он представляет собой минерал, относящийся к классу сульфатов. Известны две разновидности этого материала, одна из которых называется волокнистой, а другая - зернистой. Последняя является алебастром.

Общая информация

Гипс имеет шелковистый или стеклянный блеск, первый из которых свойственен волокнистой разновидности. Спайность совершенная в одном направлении. Материал расщепляется на тонкие пластины. Цвет может быть:

• красноватым;
• серым;
• белым;
• бурым;
• желтоватым.

Волокнистые разновидности дают занозистый излом. Плотность материала составляет 2,3 г/см 3 . Формула гипса выглядит следующим образом: CaSO4·2H2O. По текстуре материал массивный.

Свойства и разновидности

Удельный вес материала может достигать 2,4 г/см 3 . Гипс довольно плотный, может быть зернистым и листоватым, а также волокнистым. Отдельные его двойники напоминают Иногда его путают с ангидридом, который имеет среднюю твердость.

Когда вы будете изучать вопрос о том, что такое гипс, то узнаете, что при нагревании материал переходит в CaSO4.1/2.H2O. Предел по температуре составляет 107 °C. При смачивании водой затвердевает и схватывается, а в соляной кислоте растворяется.

На сегодняшний день известны 3 разновидности, среди них:

• селенит;
• "марьино стекло";
• алебастр.

Первый является параллельно игольчатым и обладает шелковистым блеском. Прозрачный толстолистовой - это "марьино стекло". Окрашенным мелкозернистым может быть алебастр.

Применение

Селенит, который является волокнистым, применяется для недорогих ювелирных изделий. А вот в основу крупных ложится алебастр, который используется издревле. Сырье вытачивается. В итоге удается получить еще и предметы интерьера, среди которых:

• чернильницы;
• столешницы;
• вазы.

Если вас заинтересовал вопрос о том, что такое гипс, то вы должны знать: материал используется и в сыром виде в качестве удобрения, а также для получения глазури, эмали и краски в промышленности и целлюлозно-бумажной отрасли.

Обожженный материал используется для слепков и отливок. Это могут быть карнизы и барельефы. В медицине и строительстве материал выступает в качестве вяжущего. Более плотные разновидности выполняют функции поделочного материала.

Дополнительно о применении

Гипс является ценным камнем и широко используется в строительстве. Тысячелетия назад было замечено, что в молотом виде он помогает бороться с засолением грунта. Добывался этот минерал в карстовых пещерах. С древности и по сей день для повышения урожайности сельскохозяйственных культур гипс вносят в почву.

Для многих народов он был кормильцем. Целые города возводились из гипса. Из него выпиливались кристаллические блоки, которые шли на возведение стен. Белый камень ослепительно сияет на солнце. В этом можно убедиться и сегодня, когда от старинных городов остались лишь руины.

Во всем мире скульпторы не обходятся без этого минерала. Он стоит недорого, весит мало и удобен в обработке. Ценится малярами-штукатурами, травматологами и производителями бумаги.

Происхождение

Если вы пытаетесь понять, что такое гипс, то вы должны ознакомиться еще и с его происхождением. Этот минерал имеет несколько видов, способ образования которых отличается. В одних месторождениях добывается минерал, который сосредотачивался там в процессе скапливания морского осадка. В других случаях гипс образовывался при высыхании разных озер. Минерал мог возникнуть при отложении самородной серы и при выветривании ее соединений. Залежи в этом случае могут быть загрязнены обломками горных пород и глинами.

Месторождения

Ознакомившись с описанием гипса, вы должны узнать еще и об основных месторождениях, которые встречаются на всех континентах. Российские разработки ведутся, в основном, на территориях Кавказа и Урала. Добывается минерал в горных районах Америки и Азии. Соединенные штаты являются чемпионом гипсового производства. Существуют месторождения еще и в предгорьях Альп.

Технические характеристики

Описываемый минерал обладает довольно плотной мелкозернистой структурой. В рыхлом насыпном виде плотность может изменяться от 850 до 1150 кг/см 3 . В уплотненным виде этот параметр достигает 1455 кг/см 3 . Знакомясь с описанием гипса, вы обратите внимание на одно из его преимуществ, которое выражено в быстром твердении и схватываемости. На четвертой минуте после замешивания раствора начинается первая стадия высыхания, а уже через полчаса материал застывает.

Готовый гипсовый раствор требует немедленного расходования. Для замедления схватывания к ингредиентам добавляется водорастворимый Среди свойств гипса следует выделить температуру плавления. Материал можно нагревать до 700 °C без разрушения. Изделия из гипса довольно огнестойкие. Они начинают разрушаться лишь через 6 часов после воздействия высокой температуры.

Прочность гипса тоже часто учитывается. При сжатии этот параметр может варьироваться от 4 до 6 МПа. Если речь идет о высокопрочном материале, то он достигает 40 МПа и даже может превысить это значение. У хорошо высушенных образцов прочность в 3 раза выше. Минерал соответствует государственным стандартам 125-79. Он обладает теплопроводностью, которая равна 0,259 ккал/м*град/час. Интервал температур при этом равен пределу от 15 до 45 °C.

Белый гипс растворяется в воде в небольших количествах:

• При 0 °C в одном литре могут раствориться 2,256 г.
• Если температура повышается до 15 °C, растворимость увеличивается до 2,534 г.
• Это значение возрастает до 2,684 г при 35 °C.

Если происходит дальнейшее нагревание, то растворимость снижается.

Описание, область применения и свойства строительного гипса

Если проводить сравнение гипса с другими вяжущими материалами, то первый обладает более широкой областью использования. С его помощью можно экономить на других компонентах. Строительная разновидность используется при изготовлении гипсовых деталей, при проведении штукатурных работ и формировании перегородочных плит.

Работать с гипсовым раствором необходимо очень быстро. Время начала полимеризации может составить от 8 до 25 минут после затворения раствора. Конечное значение зависит от разновидности. В момент начала твердения минерал набирает около 40 % конечные прочности. При этом процессе белый гипс не покрывается трещинами, поэтому можно отказаться от различных заполнителей при замешивании раствора с известковым составом. Строительная разновидность снижает трудоемкость и затраты на проведение работ.

Область использования и свойства высокопрочного и полимерного гипсов

По химическому составу высокопрочная разновидность схожа со строительной. Однако у последней более мелкие кристаллы. Высокопрочный обладает крупнофракционными частицами, поэтому имеет меньшую пористостью и высокую прочность. Этот материал получается при термической обработке в условиях герметичности.

Областью использования является изготовление строительных смесей и возведения несгораемых перегородок. Из высокопрочного минерала изготавливают формы для производства фаянсовых и фарфоровых изделий. Полимерный вид еще называется синтетическим и больше знаком ортопедам-травматологам. На его основе изготавливаются для наложения повязок при переломах. Но область применения гипса не является единственным преимуществом, среди прочих следует выделить:

• легкую накладываемость;
• устойчивость к влаге;
• меньший вес по сравнению с обычными гипсовыми повязками.

В заключение

Формула гипса должна быть вам известна, если вы заинтересовались этим минералом. Важно поинтересоваться еще и другими свойствами, а также разновидностями. Среди прочих следует выделить формовочную, скульптурную и целлакастовую.

Последняя используется для изготовления бинтов, а структура позволяет растягивать материал во всех направлениях. Наиболее высокопрочным является скульптурный гипс, в котором не содержатся примеси. Среди свойств гипса белого цвета можно выделить его безупречную белизну.

Перед тем как вы начнете изучать эту статью хочу сделать небольшое вступление... Тема гипса у меня возникла неслучайно. Я собрался делать . В этом плане это мой первый опыт. Первое, что начинаю делать в таких случаях - изучаю материл, т.е. я попытался узнать о строительном гипсе всё.

Изначально тема мне казалась простой, но это оказалось не так, поэтому и делаю предисловие. Начнем с того, что природный . Но и это не всё. Гипс получают, как отход химической промышленности (например, ) и он идет с примесями и, как правило, ухудшающие свойства гипса, как вяжущего. Да и в природе гипс идет с примесями. Примеси убирают, но частично они остаются, поэтому нужно понимать, что покупая гипс у разных производителей, вы покупаете разный материал. Если вы самостоятельно добавляете модифицирующие добавки и купили гипс производителя с которым раньше не работали, то лучше сделать пробный замес и нанесение тестового слоя.

Гипс бывает β-модификации и α-модификации. Отличаются только способом приготовления (дегидрации). β-модификации делают нагревая двуводный гипс в открытых печах и вода выходит паром образуя мельчайшие поры, что ухудшает прочность, т.к. при любой тонкости помола получаются пористые частички. α-модификацию делают в автоклавах под давлением и вода выходит капельным способом, что делает полученный полуводный гипс монолитным, что улучшает прочность. α-модификация сложна в производстве, соответственно получается дорогой гипс и используется только в медицине и частично в скульптуре.

Алебастр это название природного зернистого гипса, который имеет более мелкое структурное зерно. В некоторых местах пишут, что любой строительный гипс - алебастр. Это не так. Алебастр является зернистым гипсом, но не любой зернистый гипс является алебастром. Он и в природе от простого зернистого гипса отличается по виду и похож на мрамор. Алебастр по своей природе мелкозернист, поэтому есть возможность при помоле получить более мелкое зерно, чем у простого зернистого гипса. Порошок с более мелким зерном имеет большую площадь поверхности частиц, а значит быстрее вступает в реакцию с водой и быстрее твердеет. Строительный Алебастр - это полуводный гипс, полученный из природного алебастра.

Есть ещё один важный момент. Гипс β-модификации, который только и продается в готовых смесях и так состоит из пористых частичек, но для приготовления рабочего раствора нужной текучести приходится добавлять воды в 2 раза больше, чем нужно для химической реакции. Лишняя вода выходит испарением создавая дополнительные поры и ещё уменьшает прочность. Поэтому если вам важна прочность, уменьшайте воду и применяйте добавки увеличивающие текучесть и используйте гипс с мелким помолом.

Строительный гипс - это вяжущие вещества, получаемые из гипсового камня или отходов химической промышленности.

При обжиге гипсового камня отделяется химически связанная вода и в зависимости от температуры образуются различные формы гипса. При 100 градусах Цельсия начинается формирование полугидратного гипса. При его затворении в воде вновь образуется дигидрат сульфата кальция. Этот замкнутый цикл был открыт примерно 20 тысяч лет назад. Люди сооружали очаги из гипсового камня и, вероятно, замечали, как рассыпавшийся обожженный гипс превращается под дождем снова в камень. В шумерских и вавилонских клинописях встречаются упоминания о гипсе и его применении.

Доступность сырья, простота технологии и низкая энергоемкость производства (в 4-5 раз меньше, чем для получения портландцемента) делают гипс дешевым и привлекательным вяжущим.

Плотность полуводного гипса

Плотность затвердевшего гипсового камня низкая (1200-1500 кг/м 3) из-за значительной пористости (60-30% соответственно).

Расширение при твердении

Гипсовое вяжущее - одно из немногих вяжущих, расширяющихся при твердении. Увеличение объема при схватывании и твердении на 0,5-1%. При высыхании уменьшение в объеме на 0,05-0,1%. Эта особенность гипсовых вяжущих позволяет применять их без заполнителей, не боясь растрескивания от усадки.

Горючесть

Гипсовые материалы не только являются негорючими материалами, но в силу своей пористости замедляют передачу теплоты, а при действии высоких температур в результате термической диссоциации выделяют воду, тем самым тормозя распространение огня. В сухих условиях эксплуатации или при предохранении от действия воды (гидрофобизирующие покрытия, пропитки и т. п.) гипс очень перспективное с технической и экологической точек зрения вяжущее.

Разновидность гипса

Гипс β-модификации

Гипс β-модификации получают при температуре 150-180°C в аппаратах, сообщающихся с атмосферой. Продукт измельчения гипса β-модификации в тонкий порошок до или после обработки называется строительным гипсом или алебастром, при более тонком помоле получают формовочный гипс или, при использовании сырья повышенной чистоты, медицинский гипс.

Гипс α-модификации

Гипс α-модификации получают при низкотемпературной (95-130°C) тепловой обработке в герметически закрытых печах. Из него делают высокопрочным гипс.

Алебастр

Алебастр (от гр. alebastros - белый) - быстротвердеющее воздушное вяжущее, состоящее из полуводного сульфата кальция CaSO 4 . 0,5Н 2 О, получаемого низкотемпературной обработкой гипсового сырья.

Алебастр - гипс β-модификации, порошкообразный вяжущий материал, полученный путём термической обработки в открытых печах при температуре 150-180 градусов природного двухводного гипса CaSO 4 · 2H 2 O. Полученный продукт измельчают в тонкий порошок. При более тонком помоле получают формовочный гипс. Для медицинского гипса используют сырья повышенной чистоты.

Ангидрит

Ангидрит - природный безводный гипс. Ангидритовое вяжущее медленно схватывается и медленно твердеет, состоит из безводного сульфата кальция CaSO 4 и активизаторов твердения.

Эстрих-гипс

Высокообжиговый эстрих-гипс получают обжигом природного гипсового камня CaSO 4 . 2Н 2 О до высоких температур (800-950°С). При этом происходит его частичная диссоциация с образованием СаО, который служит активизатором твердения ангидрита. Окончательным продуктом твердения такого вяжущего является двуводный гипс, определяющий эксплуатационные свойства материала.

Технологические свойства эстрих-гипса существенно отличаются от свойств обычного гипса. Сроки схватывания эстрих-гипса: начало не ранее 2 часов, конец - не нормируется. Благодаря пониженной водопотребности (у эстрих-гипса она составляет 30-35% против 50-60 % у обычного гипса) эстрих-гипс после затвердевания образует более плотный и прочный материал.

Прочность образцов - кубов из раствора жесткой консистенции состава - вяжущее:песок = 1:3 через 28 суток твердения во влажных условиях - 10-20 МПа. По этому показателю устанавливают марку эстрих-гипса: 100, 150 или 200 (кгс/см 2).

Эстрих-гипс применяли в конце XIX - начале XX вв. для кладочных и штукатурных растворов (в том числе и для получения искусственного мрамора), устройства бесшовных полов, оснований под чистые полы и т.п. В настоящее время это вяжущее применяют ограниченно.

Свойства строительного гипса

Степень помола

По тонкости помола, определяемой максимальным остатком пробы гипса при просеивании на сите с отверстиями 0,2 мм, гипсовые вяжущие делят на три группы: грубый, средний, тонкий.

Прочность на сжатие и изгиб

Марку гипса определяют испытанием на сжатие и изгиб стандартных образцов - балочек 4 х 4 х 16 см спустя 2 часа после их формования. За это время гидратация и кристаллизация гипса заканчивается.

Установлено 12 марок гипса по прочности от 2 до 25 (цифра показывает нижний предел прочности при сжатии данной марки гипса в МПа). В строительстве используется в основном гипс марок от 4 до 7.

Согласно ГОСТ 125-79 (СТ СЭВ 826-77) в зависимости от предела прочности на сжатие различают следующие марки гипсовых вяжущих:

Марка вяжущего	Минимальный предел прочности образцов-балочек размерами 40х40х160 мм в возрасте 2 ч, МПа (кгс/см 2), не менее
	при сжатии	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)

При увлажнении затвердевший гипс не только существенно (в 2-3 раза) снижает прочность, но и проявляет нежелательное свойство - ползучесть - медленное необратимое изменение размеров и формы под нагрузкой.

Нормальная густота (водопотребность или водогипсовое отношение)

Нормальная густота (стандартная консистенция) гипсового теста характеризуется диаметром расплыва гипсового теста, вытекающего из цилиндра при его поднятии на высоту не менее чем на 100 мм. Диаметр расплыва должен быть равным (180±5)мм. Количество воды является основным критерием для определения свойств гипсового вяжущего: времени схватывания, предела прочности, объемного расширения и водопоглощения. Количество воды выражается в процентах, как отношение массы воды, необходимой для получения гипсовой смеси стандартной консистенции, к массе гипсового вяжущего в граммах.

При изготовлении гипсовых изделий методом литья требуется 60-80 % воды от массы строительного или формовочного гипса и 35-45% воды от массы высокопрочного гипса.

При затворении гипсового вяжущего водой на протекание химической реакции гидратации полугидрата CaSO 4 теоретически расходуется 18,6% воды, а избыточное количество воды, оставшееся в порах затвердевшего изделия, при твердении испаряется и вызывает характерную для гипсовых изделий высокую пористость - 50-60 % от общего объема затвердевшего изделия. То есть, чем меньше используется воды при затворении гипсового теста и меньше значение нормальной густоты при достижении хорошей удобоукладываемости теста, тем плотнее и прочнее гипсовое изделие.

Нормальная густота гипсового вяжущего зависит от множества факторов, главные из которых - вид гипсового вяжущего, тонина помола, форма и размеры кристаллов полугидрата.

Для снижения водопотребности гипсового вяжущего используют добавки - разжижители (пластификаторы), увеличивающие подвижность и удобоукладываемость гипсовой массы без уменьшения прочностных показателей свойств.

К таким добавкам относятся:

• глюкоза;
• меласса;
• декстрин (вводятся в гипсовое вяжущее в смеси с известью);
• сульфитно-спиртовая барда (ССБ) и ее термополимеры;
• двууглекислая сода;
• глауберова соль и др.

Добавка 0,1 % раствора Ca-Cl 2 к гипсовому камню в процессе варки интенсифицирует процесс варки, снижает водопотребность и ускоряет сроки схватывания гипсового вяжущего.

При хранении гипсовых вяжущих на воздухе их водопотребность несколько снижается (происходит "искусственное старение" гипса), что приводит к искажению результатов определения прочности при стандартных испытаниях.

В практической деятельности иногда производят увлажнение гипсового вяжущего паром специально для снижения водопотребности, некоторого повышения пластичности теста и прочности изделий. Количество водной добавки в гипсовое вяжущее составляет около 5%, при этом происходит частичная гидратация поверхностных слоев зерен гипса и изменение их смачиваемости при последующем затворении гипсового вяжущего водой. Однако, длительное хранение гипсовых вяжущих (более 3 месяцев) в присутствии паров воды недопустимо, так как из-за преждевременной гидратации гипса значительно снижается его активность.

Морозостойкость

15-20 и более циклов замораживания и оттаивания.

Армирование

Стальная арматура в гипсовых изделиях в условиях нейтральной среды (рН=6,5-7,5) подвергается интенсивной коррозии. Увлажняется гипс за счет его хорошей гигроскопичности (способность поглощать влагу из воздуха).

Гипс хорошо сцепляется с древесиной и поэтому его целесообразно армировать деревянными рейками, картоном или целлюлозными волокнами и наполнять древесными стружками и опилками.

Гипс, как вяжущий материал

Гипсовые вяжущие - это материалы на основе полуводного гипса или ангидрита. Относятся к воздушным вяжущим веществам.

В зависимости от способа получения гипсовые вяжущие (ГВ) вещества делятся на три основные группы:

• I - вяжущие, получаемые термической обработкой гипсового сырья: низкообжиговые (обжиговые и варочные) и высокообжиговые: α

  Полугидрат сульфата кальция (или их смесь), а также растворимый ангидрит (полностью обезвоженный гипс или даже частично диссоциированный ангидрит, содержащий небольшое количество свободного оксида кальция).

• II - вяжущие, получаемые без термической обработки (безобжиговые): природный ангидрит, для активации твердения вводятся специальные добавки.
• III - вяжущие, получаемые смешиванием гипсовых вяжущих I или II групп с различными компонентами (известь, портландцемент и его разновидности, активные минеральные добавки, химические добавки и др.).

Вяжущие I и II групп являются неводостойкими (воздушными) гипсовыми вяжущими (НГВ). Вяжущие III группы относятся, за некоторым исключением, к водостойким гипсовым вяжущим (ВГВ).

Для производства указанных в табл.1.1 гипсовых вяжущих веществ применяют природное гипсовое, ангидритовое сырье или гипсосодержащие отходы.

В зависимости от температуры тепловой обработки гипсовые вяжущие разделяют на две группы:

Низкообжиговая группа

Низкообжиговые (собственно гипсовые, на основе CaSO 4 . 0,5H 2 O), получаемые при температуре 120-180°С. Они характеризуются быстрым твердением и сравнительно низкой прочностью. К ним относятся:

• строительный гипс, в том числе алебастр;
• формовочный гипс;
• высокопрочный гипс;
• медицинский гипс;

Высокообжиговая группа

Высокообжиговые (ангидритовые, на основе CaSO 4), получаемые при температурах 600-900°С. Ангидритовые вяжущие отличаются от гипсовых медленным твердением и более высокой прочностью. К ним относятся:

• эстрих-гипс (высокообжиговый гипс);
• ангидритовый цемент;
• отделочный цемент.

Преимущество гипсового вяжущего:

• высокая скорость схватывания;
• химическая нейтральность, т.е экологичность материала;
• удовлетворительная прочность;
• удобство нанесения, пластичность.

Недостатки гипсового вяжущего:

• ограниченная водостойкость;
• ограниченная область применения, преимущественно для внутренних строительных и отделочных работ;
• недостаточная термостойкость;

Схватывание гипса

По срокам схватывания, определяемым на приборе Вика гипс делят на три группы (А, Б, В):

Время твердения гипса зависит от марки гипса, количества воды, от температуры воды, от дисперсности гипса. При малом содержании воды смесь плохо заливается, быстро твердеет, выделяет повышенное количество тепла, с одновременным увеличением количества объема.

Время твердения гипса с повышением температуры воды увеличивается, поэтому следует использовать холодную воду.

Замедляют схватывание гипса с помощью добавок:

• столярный клей;
• сульфитноспиртовая барда (ССБ);
• технический лигносульфонат (ЛСТ);
• кератиновый замедлитель;
• борная кислота;
• бура;
• полимерные дисперсии (например, ПВА).

Твердение гипса

Химизм твердения гипса заключается в переходе полуводного сульфата кальция при затворении его водой в двуводный: CaSO 4 . 0,5Н 2 О + 1,5H 2 O → CaSO 4 . 2Н 2 О. Внешне это выражается в превращении пластичного теста в твердую камнеподобную массу.

Причина такого поведения гипса заключается в том, что полуводный гипс растворяется в воде почти в 4 раза лучше, чем двуводный (растворимость соответственно 8 и 2 г/л в пересчете на CaSO 4). При смешивании с водой полуводный гипс растворяется до образования насыщенного раствора и тут же гидратируется, образуя двугидрат, по отношению к которому раствор оказывается пересыщенным. Кристаллы двуводного гипса выпадают в осадок, а полуводный вновь начинает растворяться и т. д.

В дальнейшем процесс может идти по пути непосредственной гидратации гипса в твердой фазе. Конечной стадией твердения, заканчивающегося через 1-2 часа, является образование кристаллического сростка из достаточно крупных кристаллов двуводного гипса.

Часть объема этого сростка занимает вода (точнее, насыщенный раствор CaSO 4 . 2Н 2 О в воде), не вступившая во взаимодействие с гипсом. Если высушить затвердевший гипс, то прочность его заметно (в 1,5-2 раза) повысится за счет дополнительной кристаллизации гипса из указанного выше раствора по местам контактов уже сформированных кристаллов.

При повторном увлажнении процесс протекает в обратном порядке, и гипс теряет часть прочности. Причина наличия свободной воды в затвердевшем гипсе объясняется тем, что для гидратации гипса нужно около 20% воды от его массы, а для образования пластичного гипсового теста - 50-60% воды. После затвердевания такого теста в нем останется 30-40 % свободной воды, что составляет около половины объема материала. Этот объем воды образует поры, временно занятые водой, а пористость материала, как известно, определяет многие его свойства (плотность, прочность, теплопроводность и др.).

Разница между количеством воды, необходимым для твердения вяжущего и для получения из него удобоформуемого теста - основная проблема технологии материалов на основе минеральных вяжущих. Для гипса проблема снижения водопотребности и, соответственно, снижения пористости и повышения прочности была решена путем получения гипса термообработкой не на воздухе, а в среде насыщенного пара (в автоклаве при давлении 0,3-0,4 МПа) или в растворах солей (СаСl 2 . MgCl 2 и др.). В этих условиях образуется другая кристаллическая модификация полуводного гипса - α-гипс, имеющая водопотребность 35-40 %. Гипс α

Модификации называют высокопрочным гипсом, так как благодаря пониженной водопотребности он образует при твердении менее пористый и более прочный камень, чем обычный гипс β-модификации. Из-за трудностей производства высокопрочный гипс не нашел широкого применения в строительстве.

Производство строительного гипса

Сырье для строительного гипса

Сырьем для гипса служит в основном природный гипсовый камень, состоящий из двуводного сульфата кальция (CaSO 4 . 2Н 2 О) и различных механических примесей (глины и др.).

По ГОСТ 4013 - 82 гипсовый камень для производства гипсовых вяжущих веществ должен содержать:

І сорт	не менее	95 %	CaSO 4 . 2H 2 O+ примеси
ІІ сорт	не менее	90%	CaSO 4 . 2H 2 O+ примеси
ІІІ сорт	не менее	80%	CaSO 4 . 2H 2 O+ примеси
ІV сорт	не менее	70%	CaSO 4 . 2H 2 O+ примеси

Примеси: SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 .

В качестве сырья могут использоваться также гипсосодержащие промышленные отходы, например, фторогипс, борогипс, - образующиеся при обработке кислотами соответствующего сырья, например

Ca 5 (PO 4) 3 F + H 2 SO 4 → H 3 PO 4 + HF + CaSO4 . nH 2 O

Все это указывает на то, что проблем с сырьем для гипсовых вяжущих нет.

Схемы дегидратации строительного гипса

В основе получения любого гипсового вяжущего лежит дегидратация сырьевых компонентов при термообработке. В зависимости от условий по мере увеличения температуры образуются различные продукты дегидратации.

Общая схема дегидратации двуводного сульфата кальция можно представить схематично:

На схеме приведены температуры переходов в лабораторных условиях; на практике, в условиях большого количества материала и флуктуации химического состава, для ускорения обжига приходится применять более высокие температуры.

В зависимости от температуры и условий обжига можно получить полуводный сульфат кальция (полугидрат) α

И β -модификаций, α

И β -растворимый ангидрит, нерастворимый ангидрит.

Сегодня общепризнанно, что образование α

Или β -модификаций полуводного гипса (по строению кристаллической решетки они подобны) зависит от условий тепловой обработки: α-полугидрат образуется при температуре 107-125 °С и выше при условии, что вода выделяется в капельно-жидком состоянии, для чего предусматривается автоклавная обработка; β -модификация полуводного гипса получается при нагревании до 100-160°С в открытых аппаратах (вращающихся печах или варочных котлах) при удалении воды в виде пара.

Высокопрочный α -полугидрат кристаллизуется в виде хорошо сформированных крупных прозрачных игл или призм; обычный строительный гипс - β-полугидрат - состоит из мельчайших плохо выраженных кристалликов, образующих агрегаты.

Этим обусловлены различные свойства продукта: β -полугидрат отличается более высокой водопотребностью, большей скоростью взаимодействия с водой, меньшей плотностью и прочностью получаемого гипсового камня. Несмотря на это, β -полугидрат существенно дешевле и составляет основную часть гипсовых вяжущих.

Для практических целей особое значение имеют условия получения модификаций полуводного сульфата кальция (полугидрата). Реакция дегидратации двуводного гипса с образованием полугидрата протекает с поглощением теплоты и имеет вид:

2(CaSO 4 . 2H 2 O) => 2CaSO 4 . H 2 O + 3H 2 O

Эту реакцию часто записывают в несколько условном виде:

CaSO 4 . 2H 2 O => CaSO 4 . 0,5H 2 O + 1,5H 2 O

Заводской строительный гипс, обжигаемый при температурах более высоких, чем теоретически необходимые для образования полугидрата, содержит, кроме полуводного гипса, также растворимый и даже нерастворимый ангидрит, что сказывается на свойствах продукта. Растворимый ангидрит на воздухе поглощает влагу и превращается в полугидрат.

Следовательно, у несколько пережженного гипса при вылеживании качество повышается, тогда как примесь недожженного гипса при недостаточном обжиге представляет собой балласт и неблагоприятно влияет на механическую прочность затвердевшего вяжущего, а также на скорость схватывания.

Одновременное содержание в строительном гипсе растворимого ангидрита и сырого гипса вызывает весьма быстрое схватывание, так как первый быстро растворяется и переходит в двуводный гипс, а второй создает центры кристаллизации.

Промышленное получение гипсового вяжущего

Строительный гипс получают с применением варочных котлов, вращающихся печей и установок совмещенного помола и обжига. Наиболее распространено производство строительного гипса с применением варочных котлов.

Стадии производства:

• Дробление гипсового камня (щёковая и молотковая дробилка).
• Помол совмещенный с сушкой (шахтная мельница).
• Тепловая обработка при атмосферном давлении или в автоклаве (варка в гипсовом котле).
• Томление (вылёживание в бункере).
• Вторичный помол (шаровая мельница).

Применение гипса

• Широко применяется в промышленности и строительстве, как строительный материал. В чистом виде применяют редко, в основном используют в качестве добавки, как связующее. Главнейшая область применения - устройство перегородок.
• В ремонте используют, как основной отделочный или выравнивающий материал. Для выравнивания используют панели заводского изготовления, гипсовые камни, гипсокартонные листы.
• Из гипса делают акустические плиты.
• В различных вариантах его применяют для огнезащитных покрытий металлических конструкций.
• Небольшое по объему, но важное направление использования гипса: декоративные архитектурные детали (лепнина) и скульптура.
• Обожжённый гипс применяют для изготовления форм (например, для керамики) для отливок и слепков (барельефы, карнизы и т.д.). Из него изготавливают прочные формы для заливки фигур.
• В стоматологии используют для изготовлении слепков зубов.
• В медицине для фиксации при переломах (медицинский гипс).

История применения гипса

Гипс является одним из древнейших минеральных вяжущих. В Малой Азии гипс использовали для декоративных целей за 9 тысяч лет до н.э. При археологических раскопках в Израиле находили полы, покрытые гипсом за 16 тысяч лет до н.э. Гипс был известен и в древнем Египте, его использовали при строительстве пирамид. Знания о производстве строительного гипса из Египта распространились на остров Крит, там во дворце царя Кноссоса многие наружные стены были возведены из гипсового камня. Швы в кладке были заполнены гипсовым раствором. Далее сведения о гипсе через Грецию пришли в Рим. Из Рима информация о гипсе распространилась в центральной и северной Европе. Особенно искусно применяли гипс во Франции. После вытеснения римлян из центральной Европы знания о производстве и применении гипса были утрачены во всех регионах севернее Альп.

И только с 11 столетия использование гипса вновь стало возрастать. Под влиянием монастырей распространилась технология, по которой пустоты внутри фахверковых зданий заполняли смесью гипса с сеном или конским волосом. В раннее средневековье в Германии, особенно в Тюрингии, было известно применение гипса для напольных стяжек, кладочных растворов, декоративных изделий и памятников. В Саксен-Анхальте сохранились остатки гипсовых полов ХI века.

Кладка и стяжки, выполненные в те давние времена, отличаются необыкновенной долговечностью. Их прочность сравнима с прочностью нормального бетона.

Особенность этих средневековых гипсовых растворов заключается в том, что вяжущие и наполнители состояли из идентичных материалов. В качестве наполнителей использовали гипсовый камень, измельченный до круглых зерен, не заостренных и непластинчатых. После твердения раствора образуется связанная структура, состоящая только из дигидрата сульфата кальция.

Еще одной особенностью средневековых растворов является высокая тонина помола гипса и экстремально низкая водопотребность. Соотношение воды к вяжущему составляет менее 0,4. Раствор содержит мало воздушных пор, его плотность примерно равна 2,0 г/см3. Более поздние гипсовые растворы производились с гораздо большей водопотребностью, поэтому их плотность и прочность значительно меньше.

Гипс, или гидросульфат кальция – это минерал, широко используемый в строительстве, медицине и скульптурном литье. В готовом виде он представляет собой порошок, который смешивается с водой, после чего постепенно высыхает, приобретая высокую жесткость. Его цвет может быть белым, серым или с оттенками бурого, розового, желтого или красного. Твердость минерала по шкале Мооса 2 балла.

Добыча гипса

Минерал встречается в виде вкраплений в осадочные породы. Его частицы представлены в виде чешуйчатых или мелкозернистых масс. Его залежи обычно встречаются в глинистых осадочных породах. Внешне они напоминают мрамор. Минерал добывают шахтным способом. Подземные залежи откалывают от общей массы точечными взрывами. Добытый гипсовый камень доставляется на поверхность, после чего размалывается в порошок. Изначально он имеет повышенную влажность, поэтому осуществляется его первичная просушка, а в дальнейшем выпекание на протяжении нескольких часов. Выходящий из печи гипс уже полностью готов к использованию.

Технологический процесс может включать дополнительные способы очистки состава от примесей, что зависит от применяемого сырья. Если требуется производство гипса для медицинских целей, то он очищается более качественно для повышения связующих свойств.

Преимущества гипса как материала

Гипс обладает рядом достоинств, которые позволяют ему значительно превосходить подавляющее большинство прочих материалов, применяемых в строительстве, а также других сферах. К неоспоримым его преимуществам можно отнести:

• Небольшой вес.
• Легкое смешивание при приготовлении растворов.
• Быстрое застывание.
• Короткий период высыхания.
• Умеренная твердость.

К безусловным преимуществам гипса относится возможность его легкой шлифовки. Благодаря этому можно поправить форму сделанного из него изделия. В зависимости от предмета или поверхности это можно делать , или специальной .

Перечисленные свойства, являющиеся преимуществами материала, могут отличаться в зависимости от степени помола, очистки и наличия пластификаторов. Его принято классифицировать по степени сжатия. По данному критерию существует 12 видов гипса. Данный показатель измеряет в количество килограмм на сантиметр квадратный, которые необходимо приложить, чтобы провести разрушение материала. Число в номенклатурном наименовании обозначает данное количество килограмм. К примеру гипс с маркировкой 5 имеет верхнюю точку сжатия 5 кг/см2.

Где применяется гипс

Существует 3 основных направления применения данного материала:

• Медицина.
• Скульптура.
• Строительство.

Медицинское использование

Очищенный порошок гипса используется для создания бандажа для блокировки конечностей, что необходимо для срастания сломанных костей. Для этого его разводят в воде, готовя жидкий раствор. В нем вымачиваются бинты, которыми и делается перевязка. После застывания армированный бинтами раствор приобретает жесткость, полностью защищая загипсованную конечность от нежелательного воздействия.

Для медицинских целей применяется только мелкий помол гипса, обеспечивающий высокую монолитность после схватывания. Помимо применения для лечения переломов он также используется в стоматологии. С его помощью делаются слепки зубов для дальнейшего изготовления имплантов. С появлением более современных не пачкающих материалов данный способ отходит в прошлое.

Гипс в скульптуре

Использование гипса нашло свое применение в художественном творчестве, в частности создании скульптур. Для этой цели используется высококачественный помол без примесей, подобный тому, что и в медицине. Существует два способа его применения. Первый предусматривает вырезание произведений из крупных гипсовых камней, а второй обыкновенное литье. Резьба по гипсу уже практически не применяется, поскольку получаемые произведения имеют внешние дефекты, что обусловлено неоднородностью природного материала. Кроме того такой способ производства требует большого мастерства и существенных временных затрат. Гораздо проще заливать гипсовый раствор в формы. Он достаточно быстро застывает, благодаря чему имея литьевую форму такое производство можно поставить на поток.

Гипсовые изделия далеко не вечны, ведь их твердость по шкале Мооса всего 2 балла, что конечно меньше чем бетона, набирающего 4-5 баллов. При механическом воздействии он разрушается. Все же к достоинствам гипса можно отнести ремонтопригодность, ведь изделия из него могут склеиваться, а получаемые швы легко затираются наждачной шкуркой. После шлифовки дефекты при достаточном мастерстве можно полностью скрыть.

Строительное использование

Чаще всего гипс применяют для создания штукатурок. В отличие от цементных или известковых составов, они обладают более удобной консистенцией для работы. При средней температуре +20 градусов продолжительность высыхания таких штукатурок всего 7 дней. За это время они полностью набирают свою прочность, что в 4 раза скорее, чем в случае с бетоном.

Из гипса изготовляют и шпаклевки. В них применяется более мелкая фракция помола чем в штукатурках, благодаря этому получаемая в результате поверхность обладает высокой гладкостью. Это особенно важно если требуется проведение поклейки обоев, а тем более окраски.

Из гипса льются декоративные изделия для отделки. Из него изготовляют:

• Стеновые 3D панели.
• Стеновую плитку.
• Лепнину.
• Багеты.
• Колонны.
• Пилястры.
• Молдинги.
• Орнаменты.
• Дизайнерские розетки.

Подавляющее большинство гипса производимого для строительных целей используется для изготовления гипсокартона. Он применяется в качестве ровного основания для быстрого возведения межкомнатных перегородок и подвесных потолков. Также с помощью гипсокартона осуществляется выравнивание большой кривизны стен.

Использование гипса для создания элементов декора

Гипсовый порошок отличный материал для производства украшений интерьера. Чаще всего из него делают стеновые 3D панели, а также различные изделия для имитации античной архитектуры. С появлением полиуретана такие предметы интерьера начали делать из него, но гипс по-прежнему остается доступным материалом, который используют при желании сделать подобные украшения своими руками. Для этого в продаже по вполне умеренным ценам предлагаются 3D формы из пластика или силикона для проведения литья. При их использовании применяются чистые составы гипса. В идеале подходит скульптурная разновидность, но ее стоимость слишком высока, что экономически невыгодно. Более удачным выбором будет использование зернистого гипса, продаваемого в магазинах под названием алебастр.

Для производства алебастр разбавляется водой в равных пропорциях. Получаемый жидкий состав заливается в форму, после чего она встряхивается для обеспечения выхода пузырьков воздуха. Лучше всего ее устанавливать на вибрационный станок. Его наличие позволяет готовить раствор с меньшим добавлением воды, что в дальнейшем положительно повлияет на прочность. Форма оставляется до момента схватывания алебастра. Обычно в летнее время для этого достаточно 25-30 минут. После извлечения из нее изделия оно уставляется для просыхания, а форма может использоваться повторно необходимое количество раз.

Поскольку обычно глубина формы около 20-25 мм, то при температуре воздуха в +20 градусов полное высыхание литья занимает около 3 суток. После этого изделие может использоваться по предназначению.

При использовании форм их нужно смазывать, чтобы обеспечить нормальный выход литья. Это можно делать техническим вазелином, но проще и дешевле всего применять обыкновенное рафинированное подсолнечное масло.

Особенности работы с гипсовыми штукатурками

Штукатурки на основе гипса могут применяться для нанесения на минеральные поверхности. В первую очередь они подходят для покрытия стен из кирпича, бетона, газобетона, керамзитобетона и т.д. Также они используются для выравнивания потолков.

Хотя штукатурки и шпаклевки на основе гипса и обладают хорошей адгезией, подготовка поверхности с нанесением грунтовки глубокого проникновения обязательна. Это позволяет создать непроницаемую пленку между основанием и гипсом, препятствующую отдачи влаги стене или потолку. Благодаря этому гарантируется, что на период высыхания штукатурка будет иметь достаточно воды для нормального течения химической реакции кристаллизации между смешанным помолом гипса. В дальнейшем это обеспечит более высокую твердость материала и устойчивость к механическим повреждениям.

Обычно гипсовую штукатурку можно наносить на поверхность с толщиной слоя от 0,5 до 3 см. Отдельные производители предлагают гипсовые смеси с добавлением особых пластификаторов и прочих примесей, благодаря чему вполне возможно оштукатуривание с большой толщиной слоя.

Для штукатурки на основе гипса характерно менее выраженное сползание материала. Благодаря этому они нуждаются в меньшем количестве подрезок наплывов. Все это способствует более высокой производительности труда при их применении.

Гипс легко впитывающий влагу материал, потому штукатурки и шпаклевки на его основе малопригодны для использования в ванных комнатах. В условиях повышенной влажности возможность разрушения слоя многократно увеличивается. Для решения данной проблемы выпускаются специальные влагозащитные полимерные составы, но даже с их использованием, все равно надежнее цементные штукатурки.