Гипс: свойства, применение, месторождения. Из чего получают гипс? Химическая формула строительного гипса

Вот уже много столетий в архитектуре государств, имеющих в основе хорошо развитую культуру и искусство, ценящих прекрасное и неординарное, сохраняющих свои исторические памятники и традиции в строительстве и отделке, используется такой материал, как гипс.

В первую очередь это связано с его свойствами — пластичностью, естественной однородностью, однотонностью окраски, итоговой твердостью, что позволяет создавать абсолютно любые формы, будь то барельефный рисунок, орнамент из элементов лепнины или скульптура. При правильной эксплуатации, хороших условиях хранения, аккуратной реставрации созданные изделия могут служить вечно. Пример тому — и храмов по всему миру, сохранивших неповторимый интерьер с прошлых веков до наших дней.

Что нужно знать мастеру про свойства гипса и изделий из него

Гипс обладает таким количеством преимуществ, что его можно назвать поистине уникальным материалом.

• Экологичность и натуральность. Гипс — полностью природный материал, его до сих пор добывают дедовским способом. Он максимально экологичен, что ставит такое сырье на много ступеней выше любого современного стройматериала.
• Способность улучшать микроклимат. Давно замечено, что в помещениях, отделанных лепниной, дышится очень легко, даже если на улице стоит жара или льет дождь. Это легко объясняется тем, что застывший гипсовый раствор обладает способностью влагообмена: повышенная влага им впитывается, а при недостаточном количестве воды в воздухе — отдается.
• Отзывчивость к реставрации. В отличие от стекла, кожи, древесины, камня и даже металла, лепнина подлежит полному восстановлению. При грамотно выполненных ремонтных работах она может выглядеть идеально, даже если ей сто лет. Попробуйте воссоздать утраченную часть фарфоровой или каменной чаши так, чтобы она смотрелась как новая. Согласитесь, это невозможно. А вот гипсовые изделия после реставрации не содержат видимых следов работы мастера.
• Безграничные возможности декора. В умелых руках гипс принимает любые формы, на нем видны даже мельчайшие детали. Его можно окрашивать, патинировать, покрывать различными составами, придающими блеск или другие визуальные качества. Более того, он не подлежит усадке, поэтому готовый декор останется в первозданном виде ровно столько, сколько этого захочет владелец помещения.

Эти свойства были определяющими при выборе варианта много веков назад, остаются они актуальными и по сей день. До сих пор самые обеспеченные люди предпочитают украшать свои родовые поместья лепниной, а общественные культурные сооружения — храмы, библиотеки, музеи — без такого декора просто немыслимы. Оформление помещения настоящей лепниной (не стоит путать с дешевкой из полиуретана) — признак великолепного художественного вкуса и аристократизма.

Где можно применять гипс (алебастр)

Гипс используется в быту довольно часто:

• строительные работы — выравнивание внутренних и внешних стен, потолков, вентиляционных коробов, изготовление перегородок;
• изготовление огнезащитных барьеров и звукопоглощающих конструкций;
• производство — гипсокартон, сухая штукатурка, арболит, гипсостружечные и гипсоволокнистые плиты и т.д.;
• отделка — оформление интерьера, ландшафтный дизайн, архитектурные элементы, лепнина, плитка, сувенирные предметы и т.д.;
• ремонт поврежденной лепнины и прочих изделий из алебастра;
• как элемент гипсоцемента высокого качества.

Характеристики гипса для строительных и отделочных растворов

Современный строительный гипс (второе название — алебастр), используемый для приготовления раствора, производится классическим способом термообработки гипсового камня (150-180°С), добытого в карьерах. Полученное сырье проходит стадии размола и просева, в итоге получается однородный порошок с разным размером частиц — грубого, среднего и тонкого помолов.

Определяют степень помола до сих пор тем же способом, что и 500 лет назад. Полученный порошок отсевают на мелкоячеистом сите (0,2 мм). Остаток, который не прошел сквозь сетку, взвешивают, определяя его массу (в процентах от общего веса).

• Если крупных частиц осталось много — до 23%, — полученному сырью присваивают индекс I, что соответствует грубому помолу.
• До 14% — индекс II — средний помол.
• До 2% — индекс III — высококачественный тонкий помол.

Чем тоньше степень размельчения, тем быстрее будет схватываться раствор. Чтобы установить окончательный вердикт по качеству, полученный порошок исследуют на приборе АДП-1 (ПСХ-2), определяя его удельную поверхность. Она должна соответствовать ГОСТ 23789-79.

Важный параметр — вязкость раствора, определяется стандартом ГОСТ 125-79 и зависит как раз от степени помола, потому что размер частиц напрямую влияет на водопотребность. Считается, что для гидратации полуводного алебастра до степени двуводного хватило бы 18,6 % воды, но такой раствор не подходит для строительных работ, поэтому нормальная вязкость достигается путем добавления 50-70 % воды (3-полугидрат). Если нужен густой раствор, то ограничиваются 35-45 % воды, получая а-полугидрат. Стандартная консистенция определяется параметром расплыва массы, который не должен превышать диаметр 180±5 мм.

Насыпная плотность гипсового порошка в естественном виде — 800-1100 кг/куб. м, в уплотненном — 1250-1450 кг/куб. м. Плотность готового алебастра составляет 2,6-2,75 г/куб. см.

Процесс производства строительного гипса может идти и в ином порядке: помол-отсев-обжиг. Если требуется изготовить особые виды этого материала (медицинский или формовочный), то технология может быть изменена. При прогреве гипсового камня в вакууме при снижении температуры до 100°С на выходе получается высокопрочный алебастр.

Деформативность алебастра

Гипс при высыхании может измениться в объеме. Но в отличие от многих материалов, его объем не уменьшается, а, наоборот, увеличивается. Деформативность может достигать 1%. Это качество является большим плюсом при изготовлении скульптур и лепнины, так как раствор идеально заполняет формы, позволяя получить очень четкий рисунок, без потери мелких деталей.

Способность к расширению зависит от количества в составе материала растворимого ангидрита. Наибольшей деформативности подвержен гипс, прошедший обжиг при повышенных температурах. Снизить данный показатель можно несколькими способами:

• повышением количества воды;
• введением замедлителей твердения;
• добавкой 1% негашеной извести до 0,1% .

При неправильном приготовлении раствора или при создании масштабных изделий возможна значительная усадка, что приводит к растрескиванию гипса. Нивелировать процесс можно, применяя минеральные добавки.

Если неправильно рассчитано соотношение пластичности раствора к изгибающим нагрузкам, возможны и пластические деформации, вероятность которых сводится к нулю, когда лепнина хорошо высушена. При высокой влажности ползучесть гипса может быть довольно велика и визуально заметна. Снизить пластические искажения можно пуццолановыми гидравлическими присадками в комплексе с портландцементом.

Прочность гипса

Гипс принято считать материалом хрупким. На самом деле он действительно легко раскалывается, если по нему нанести целенаправленный удар. В то же время именно гипс способен выдерживать большие нагрузки на сжатие, что очень важно для материалов, применяемых в строительстве. Свойства современного гипса определяются нормами ГОСТ 23789-79 и ГОСТ 125-79. Чтобы понять, как правильно обращаться с этим материалом, необходимо ознакомиться с рядом понятий и характеристик, непосредственно влияющих на прочность.

• Предел прочности на сжатие. Для определения прочности полуводного гипса специалист изготавливает из опытного раствора бруски размерами 4х4х16 см. На застывание отводится 2 часа, после чего образцы испытывают на изгиб и сжатие. Предел прочности готовых изделий делится на 12 марок: от Г-2 до Г-7, от Г-10 с шагом 3 до Г-25, где цифра означает крепость на сжатие, например, гипс марки Г-7 выдержит давление до 7 кг/кв. см.
• Комплексная оценка. Дополнительной маркировкой служит скорость твердения (А, В, С) и индекс помола. Высшая категория качества имеет характеристики от Г-5, индекс III. К гипсу, предназначенному для производства форм для фарфорово-фаянсовых и керамических изделий, предъявляются повышенные требования. Марка от Г-10, схватывание 6-30 минут, тонкость помола — остаток не более 1%, водопоглощение от 30%, объемное расширение после отвердения до 0,15 %.
• Пористость. Готовые гипсовые изделия достаточно твердые и пористые, объем пор может превышать 60%, минимум — 40% (плотный алебастр). Чем больше воды — тем более пористым и менее прочным будет изделие, поэтому нормы нарушать нельзя. Определяя количество воды для раствора, важно учитывать степень помола порошка. Чем мельче частицы, тем больше воды может взять смесь, однако это как раз тот случай, когда с увеличением содержания воды (в пределах ГОСТ) итоговая прочность изделий не снижается, а несколько повышается. Именно поэтому для самых прочных гипсовых отливков мастера предпочитают брать порошок с минимальным размером частиц.
• Водогипсовое отношение. Уменьшением водогипсового отношения до 0,4 можно повысить прочность алебастра до 300%, поэтому многие мастера предпочитают работать с сырьем, имеющим низкую водопотребность. Снижения этого показателя можно добиться с помощью применения специальных добавок — замедлителей схватывания, например, водорастворимых полимеров или синтетических жирных кислот. Данный прием позволяет снизить густоту смеси до 15%, что повышает прочность готовой лепнины.
• Предел прочности на растяжение. Показатели прочности на растяжение и сжатие у гипсовых изделий всегда разные. Следует учитывать, что алебастр выносит растяжение в 10 раз хуже, чем сжатие, поэтому его нельзя применять в условиях, где возможно изменение характеристик основы.
• Влияние влажности на прочность. Еще один важный момент — влияние влажности на прочность. Чем выше содержание воды в воздухе, тем ниже прочность гипса на сжатие. Например, увлажнение лепнины всего на 1 % (при относительной влажности воздуха 90 — 100 %), может снизить прочность до 70 %. Влагонасыщение до 15 % приводит к снижению прочности наполовину. Водонасыщение до 40 % (полное) грозит разрушением образца, если он имел водогипсовое отношение 0,5. Более плотные изделия выносят повышенную влажность лучше. В то же время не стоит думать, что любой катаклизм может уничтожить гипсовые слепки. Достаточно аккуратно просушить изделия, как их прежние качества вернутся.
• Коэффициент размягчения. Зависимость изделий из этого материала от влагосодержания определяется коэффициентом размягчения. Его вычисляют в следующем порядке: сначала образцы насыщают влагой, затем высушивают, высчитывая отношение полученных показателей. Итоговый результат, как уже говорилось, напрямую зависит от плотности образца и может колебаться от 0,3 до 0,5 (чем жестче раствор — тем выше). Стоит учитывать, что с применением органических добавок можно ожидать ухудшения прочности, минеральные присадки влияют незначительно.

Сроки и метод хранения гипса

Хранение сухих порошков требует низкого уровня влажности, поэтому мешки (или россыпь в ящиках) обычно держат на высоких стеллажах (от 50 см). Сроки хранения должны соблюдаться безукоризненно по ГОСТ 2226-75. Порошок, используемый в керамической и фарфоровой промышленности, нельзя хранить россыпью.

Покупая гипс, нужно обязательно обращать внимание на его срок годности, так как во время хранения полуводного гипса его свойства, даже при соблюдении всех норм, изменяются. Особенно это заметно в первый месяц, когда из-за влияния влажности воздуха снижается его водопотребность, и при превышении сроков хранения.

Процесс можно представить так.

• Сухой свежий гипс начинает взаимодействовать с влагой, в результате чего на поверхности зерна полуводного гипса образуется пленка из молекул двугидрата.
• При замешивании раствора из такого сырья можно отметить его длительное застывание, так как пленка не дает полугидрату быстро связываться с водой.
• Водопотребность снижается, а прочность готовых слепков вследствие этого повышается.

При длительной выдержке процесс усугубляется.

• Толщина пленки двугидрата увеличивается, приводя к перегидратации порошка.
• Увеличивается водопотребность, снижаются пластичность, срок схватывания и прочность.

Иными словами, идеален для работы свежий алебастр со сроком хранения 1-2 месяца.

Как сделать раствор гипса

Прежде чем сделать раствор (тесто), вы должны подготовить все для работы. Если об этом не позаботиться, то можно не получить нужного результата, так как смесь застынет очень быстро.

Рецепты раствора для заливки форм.

• Вам понадобится приготовить 2 весовых части алебастра и 1 часть воды. Сначала налейте в емкость воду, после чего медленно засыпайте сухой порошок, интенсивно размешивая деревянной лопаткой или строительным миксером. Такой раствор может застывать 4-30 минут (в зависимости от тонкости размола).
• В готовый раствор добавьте до 2% клея животного происхождения (предварительно растворив его в воде) или известковый раствор — это продлит время застывания.

Имейте в виду, что алебастр практически не расширяется при застывании, максимальное увеличение объема — до 1%, но и его нужно учитывать.

Как регулировать сроки схватывания гипса

Как было сказано выше, гипсовый раствор имеет склонность к быстрому затвердению, но этот процесс можно регулировать. В первую очередь мастер должен понимать, что именно ему нужно. Если он выполняет отливки, то высокая скорость затвердевания просто необходима, поэтому стоит выбирать сырье соответствующего качества. Если же производятся отделочные или реставрационные работы, то скорость застывания стоит снижать для получения времени, необходимого для производства того или иного действия.

По времени застывания растворы получаются следующими.

• Быстро твердеющий — 2-15 минут с момента изготовления раствора.
• Нормально твердеющий — 6-30 минут.
• Медленно твердеющий — от 20 минут.

Срок схватывания зависит сразу от нескольких факторов:

• тонкость помола (чем мельче частицы, тем быстрее);
• свойства порошка (полуводный гипс, включающий элементы двугидрата, схватывается значительно быстрее);
• технология изготовления (влияет температура и длительность прокаливания сырья);
• срок хранения;
• температура сырья и воды для затвора: холодное тесто твердеет дольше, чем нагретое до 40-45°, перегретое до 90° не схватывается вообще из-за потери растворимости полуводного гипса, он более не переходит в состояние двугидрата;
• процентное соотношение воды и порошка (чем меньше воды, тем быстрее идет затвердевание);
• качество и интенсивность замешивания;
• наличие добавок (песок, шлак, опилки, полимеры и специальные химические добавки снижают срок затвердевания раствора).

Как выбрать добавки для гипса

На сегодня существует очень много различных добавок для растворов, все они имеют разный принцип действия и состав. Если вы решили делать смесь самостоятельно, не забывайте о том, что пропорции должны соблюдаться в идеале. Нарушение этого требования ведет к ухудшению качества готовых изделий: снижению твердости, увеличению способности к поглощению влаги и удержанию сырости, уменьшению пластичности раствора и прочим негативным моментам.

Ознакомьтесь с каталогом гипсовых изделий Gessostar

Всего можно выделить 5 видов добавок.

Электролиты . В данную группу объединяют присадки, влияющие на растворимость сырья без прохождения химических реакций. Процентное содержание не должно превышать 0,2-3%.

• Ускоряют: Na2S04 KC1.
• Снижают: этиловый спирт, аммиак и др.
• Может служить ускорителем и замедлителем: NaCl.

Ингибиторы . Присадки-замедлители, вступающие в реакцию и образующие малодиссоциирующие соединения. Процентное содержание не должно превышать 0,2-3%.

• Борная кислота, фосфат натрия и бура;
• 5-10-процентный столярный клей;
• C6H5OH;
• 5-процентный – сахара и др.

Катализаторы . Присадки-ускорители, усиливающими кристаллизацию. Процентное содержание не должно превышать 0,2-3%.

• СаНР04-2Н20 , CaS04-2FI20, KCl и другие соли.

ПАВ . Поверхностно-активные вещества, снижающие кристаллизацию и повышающие пластичность теста. Эти добавки значительно влияют и на твердость готовых изделий, повышая ее. Процентное содержание зависит от качества сырья и может регулироваться мастером опытным путем (0,1-0,3%).

• Известково-клеевой раствор, кератин.

Комплексные добавки . Опытные мастера редко используют какое-то одно вещество и имеют свои рецепты приготовления раствора, поэтому качество изделий очень заметно различается. Чаще всего специалисты соединяют два, а то и три, элемента из разных групп, что позволяет изначально повысить пластичность теста, а затем, когда элемент готов, ускорить застывание и увеличить прочность готовой лепнины.

Самыми распространенными ускорителями являются сульфат натрия, двуводный гипс и обычная поваренная соль, замедлителями — известково-клеевой раствор. Добавка ПАВ в данном случае компенсирует снижение прочности, вызванное присадками.

Смазки для матриц

Если вы решили работать с гипсом, то вам стоит приобрести особую смазку для форм, способствующую легкому разделению слепка и матрицы.

• Для отделения гипса от гипса подходит стеарин и парафин, растворенные в керосине.
• При изготовлении рельефов со сложным рисунком можно применять мыльную пену, медный купорос, кальцинированную соду, поташ.
• В промышленных масштабах используется эпоксидная смола, растворенная в ацетоне.
• Для всех видов изделий существуют специальные промышленные смазки.

В домашних условиях смазка (кальциевое мыло) для форм готовится так: 7 частей воды смешивается с 1 частью масла и 2 частями мыла.

Ознакомьтесь с каталогом гипсовых изделий Gessostar

Как увеличить твердость алебастра

Твердость — очень полезное качество, позволяющее уберечь изделия от случайных царапин и разрушения. У каждого мастера есть свой рецепт усиления твердости. Вот некоторые из них.

• Добавление в гипс извести, с последующей сушкой при комнатной температуре.
• Пропитка свежего изделия раствором борнокислого аммония (5%, температура 30 градусов).
• Добавка в воду для раствора кремневой кислоты (до 50%) с последующим нагревом отливки до 60 градусов.
• Использование для раствора буры с последующей обработкой отливки хлористым барием и горячим раствором мыла.
• Обработка отливки раствором глауберовой соли.
• Пропитка готового гипса медным или железным купоросом.
• Выдержка в растворе алюмокалиевых квасцов (сутки) с последующим прогревом до 550 градусов.

Как увеличить долговечность гипса

Гипс будет служить вечно при условии соблюдения норм по температуре и влажности. Разрушить изделие из алебастра может длительная высокая влажность с резким колебанием температур или воздействием ветра, а также полное нахождение в воде.

Водостойкость изделий можно регулировать несколькими способами:

• уплотнением смеси;
• применением добавок (смолы, кремний, портландцемент, пуццолановые добавки, гранулированный шлак);
• обработкой поверхности влагозащищающими растворами (синтетические смолы, баритовое молоко, гидрофобные составы).

Еще один опасный элемент, способный повлиять на долговечность — некачественный металл, применяемый для основы. При попадании влаги такое железо начинает ржаветь, в результате коррозии увеличиваясь в объеме и разрушая всю конструкцию изнутри. Допускается применение только нержавеющих материалов либо железных элементов, обработанных специальными антикоррозийными средствами.

Огонь алебастру не страшен, пламя уничтожит гипс только после 5 часов воздействия, значит, этот фактор можно не учитывать.

Как видите, работа с гипсом требует огромного количества знаний в области химии, именно поэтому, несмотря на доступность и дешевизну сырья, настоящих мастеров этого дела — единицы. Сделать примитивный отливок может даже ребенок, а вот произвести действительно качественную лепнину, способную прослужить очень долго, под силу только специалисту с большим опытом и богатыми навыками.

Строительный справочник "Мегастройки.biz"

Из чего получают гипс?

На стройках в составе цементов и строительных смесей часто надо иметь быстро схватывающееся вяжущее, чтобы растворы не успели "поплыть". Для приготовления такого вяжущего используется, в основном, природный гипс и гипсосодержащие породы. Но сейчас отходы многих промышленных производств также содержат сульфат кальция ― главную составляющую гипса. Таких отходов уже около 50 видов, потому целесообразно использовать многие из них для получения гипса.

Природный гипс (CaSO 4 ·2Н 2 0) ― это кристаллическая осадочная порода. Если образования природного гипса большие и плотные, их называют гипсовым камнем. Крупнослоистый гипсовый камень называют гипсовым шпатом, тонковолокнистый ― селенитом (лунным камнем), зернистый белого цвета (а гипс из-за примесей может иметь разные оттенки) ― алебастром, что с греческого переводится как "белый".

К гипсосодержащим породам относят ангидрит, гипсосодержащие глины и лёссы.

Ангидрит ― это сульфат кальция, не содержащий связанной воды. Обычно он подстилает гипсы снизу, представляет собой мелкие кристаллы.

Гажа ― болотная глина, содержащая карбонат кальция, сульфат кальция и непосредственно глинистую субстанцию. В принципе, все её составные части являются вяжущими материалами. А так как гажа содержит 15-90% CaSO 4 , то её целесообразно использовать для получения гипса.

Ганч, арзык ― гипсосодержащие лёссовые породы. Наряду с карбонатами и сульфатами в их составе содержится лёсс, то есть субстанция, состоящая из частиц размером намного меньших глинистых. Эти породы в Средней Азии встречаются очень крупными залежами.

Богаты гипсом отходы химической и пищевой промышленности, отходы других отраслей. Почему они не используются в полной мере? Часть из них надо освобождать от вредных примесей промывкой, сушкой, нейтрализацией, что часто не рентабельно. Другая часть требует удаления лишней влаги или больших затрат на переработку. Но в любом случае это направление перспективно, так как ежегодное количество таких отходов исчисляется сотнями миллионов тонн, а земные недра не безграничны.

Для производства вяжущих из вторсырья наиболее часто используют отходы химической промышленности:

• - борогипс, остающийся после производства борной кислоты и буры;
• - фосфогипс, остающийся после получения фосфорных удобрений (после производства 1 т удобрений остаётся 4,5 т фосфогипса);
• - фторгипс, производное от получения плавиковой кислоты и её солей;
• - титаногипс, получаемый при разложении титансодержащих руд.

Еще о извести и гипсе и изделиях из них:

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:

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:

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

Производство

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

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

Разновидности

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

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

Свойства строительного гипса

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

Гипс строительный характеристики имеет следующие:

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

Строительный гипс: применение

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

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

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

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

Приготовление смеси

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

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

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

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

Хранение

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

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

Минерал, производный от кальция - его водный сульфат, который называется гипс. Он имеет много названий-синонимов: монмартит, роза пустыни, гипсовый шпат (кристаллические и листовые формы). Образец волокнистой структуры - это селенит, зернистой - алебастр. Речь пойдёт о разновидностях и свойствах этого камня, его распространённости по стране и применении в строительстве, медицине и других направлениях хозяйства.

Историческая справка

В результате произошедшего 20―30 млн лет назад испарения морей образовался гипс - минерал, который стали использовать древние цивилизации. Камень и сегодня имеет большой спрос, несмотря на появление множества современных материалов.

Произошло это почти 10 тысяч лет назад. Свидетельствами того, что в древнем Египте, Ассирии, Греции и Римском государстве использовали гипс, являются:

В Англии и Франции, начиная с XVI века, гипсом стали покрывать деревянные строения, защищая их от пожаров. Год 1700 считают началом использования минерала в качестве удобрения. Для создания архитектурных форм в России XVII-XVIII вв. широко использовали гипсовый декор, а в 1855 г. русский хирург Н. И.

Пирогов во время Крымской войны изобрёл и начал применять для лечения раненых гипсовую повязку, фиксирующую конечности. Это позволило уберечь многих солдат от потери руки или ноги.

Описание минерала

Возникающий из осадочных горных пород минерал из класса сульфатов получил название гипса. Его химическая формула выглядит так: CaSO4·2H2O. По внешнему виду отмечается неметаллический блеск: шелковистый, перламутровый, стеклянный или матовый. Камень бесцветный или окрашен белым, розовым, серым, желтоватым, синим и красным оттенками. Описание других показателей:

• плотность 2,2―2,4 т/м3;
• твёрдость по шкале Мооса 2,0 ;
• спайность - совершенная, легко отделяются тонкие пластинки от кристаллов слоистой структуры;
• черта, проведённая по камню - белая.

Вот из чего состоит гипс: окись кальция СаО - 33%, вода Н2О - 21%, трехокись серы SO 3 - 46%. Примеси обычно отсутствуют.

Если рассматривать камень как горную породу, то в составе присутствуют кальцит, доломит, гидроокислы железа, ангидрит, сера и собственно сам гипс. Происхождение осадочное, по условиям создания различают первичные формы, которые образовались путём химического осаждения в солёных водоёмах, или вторичные производные - они возникли в результате гидратации ангидрита. Может скапливаться в зонах самородной серы и сульфидов: от ветровой эрозии образуются гипсовые шляпы, загрязнённые примесями.

Качество сырья для производства гипса зависит от содержания двухводной сернокислой соли кальция CaSO4·2H2O - оно варьирует в диапазоне 70―90%. Конечной формой для применения является минеральный порошок, его получают размолом обожжённого во вращающихся печах гипсового камня.

Свойства и применение

В природе физические особенности строения заключаются в многообразии форм: плотные и зернистые, землистые, листоватые и волокнистые, конкреции и пылевидные массы. В пустотах обнаруживаются в виде друз кристаллов. Растворимость гипса в воде повышается с температурой до 37―38ºС, затем уменьшается, и по достижении 107ºС минерал переходит в состояние полугидрата CaSO4·½H2O. При добавлении малого количества серной кислоты в воду растворимость улучшается. На НС l реагирует слабо.

В готовых строительных смесях свойства гипса передаются самому порошку. Изделия обретают качества основного вещества с характеристиками:

• плотность насыпная 850―1150 кг/м3, меньшие значения для более тонкого помола;
• огнестойкость высокая: у алебастра температура плавления 1450ºС;
• схватываемость - начало через 4―7 минут, окончание - спустя полчаса, для замедления отвердевания добавляют животный клей, растворимый в воде;
• прочность на сжатие рядовых образцов 4―6 МПа, высокопрочных 15―40.

Плохая теплопроводность - на уровне кирпича (около 0,14 Вт/(м·град)) позволяет использовать изделия на гипсовой основе в пожароопасных конструкциях. Первые образцы применения камня в этом качестве найдены в Сирии - им больше 9 тысяч лет.

Природные виды

Геологи установили несколько десятков разновидностей гипса, но основных выделяют три. К ним относятся:

Про другие разновидности знают немногие: гипсовый шпат (крупнокристаллический и листовой), кишечный или змеиный камень серого цвета с белыми, червеобразно изогнутыми прожилками. Другая малоизвестная форма - землистый гипс.

Разновидности для практического применения

Использование водного сульфата кальция совместно с другими вяжущими веществами позволяет получить существенную экономию на более дорогих материалах. Прошедший стадию переработки алебастр подразделяют на следующие классы:

Существуют и другие разновидности, но на практике пользуются ограниченным перечнем. Аналогом является мелкодисперсная пыль серовато-белого цвета - алебастровый порошок, который получают из гипса путем термической обработки.

Другие направления использования

В необработанном виде камень применяют как добавку в производстве портландцемента, изготовления скульптур и поделок. Перечень дополнительных направлений:

Нетрадиционное направление - магия. Считается, что гипс притягивает благополучие и удачу, подсказывает поступки человека в сложной ситуации. Астрологи рекомендуют амулеты из этого минерала особам, родившимся под знаками Льва, Овна и Козерога.

Месторождения камня

Распространение гипса в земной коре наблюдается повсюду, преимущественно в пластах осадочных пород мощностью 20―30 м. Мировая добыча составляет около 110 млн т камня в год. Крупнейшими производителями являются Турция, Канада, США, Испания и Иран. Из уникальных можно отметить термальные пещеры Naica Mine в Мексике, где были найдены друзы гигантских кристаллов гипса длиной 11 м.

Многочисленные месторождения верхнеюрского периода расположены на территории стран ближнего зарубежья: Северный Кавказ, среднеазиатские республики. В России насчитывается 86 промышленных залежей, но 90% добычи приходится на 19 месторождений, из которых можно выделить 9 крупнейших: Баскунчакское, Болоховское, Лазинское, Новомосковское, Оболенское, Павловское, Плетнёвское, Порецкое, Скуратовское. Их доля в добыче 75% от общероссийской. Большинство месторождений представлены смесью гипса и ангидрита в соотношении 9:1. В России ежегодно добывают 6 млн тонн, что составляет 5,5% от мирового объёма.