ГИПС КАК СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

Очень часто при различных отделочных работах используется такой материал, как гипс строительный. Даже люди, далекие от ремонта и дизайна, знают это название. На протяжении многих веков он является идеальным материалом для реконструкции и ремонта помещений.

Очень тонко молотый гипс строительный не создает разницы между новыми и старыми покрытиями стен и потолков. Он имеет превосходную структуру и при этом не трескается. Работа с гипсом начинается со смешивания его с водой. При правильной консистенции этот материал отлично заполняет собой трещины и принимает форму даже мелких деталей.

Гипс строительный имеет пористую структуру, поэтому все поверхности, обработанные данным материалом, способны хорошо поглощать звуковые волны, обеспечивая тем самым звукоизоляцию помещения. Белый цвет этого материала позволяет использовать его без дополнительного окрашивания там, где необходима идеальная белизна покрытий.

Как же получают этот стройматериал? Природный гипсовый камень, имеющий кристаллическую структуру, обрабатывают при высоких температурах. При этом происходит потеря ¾ воды, содержащейся в нем, и сам минерал превращается в полугидрат, который при смешивании с водой снова принимает структуру природного камня. Поскольку при производстве гипса к натуральному материалу добавляется не более 1% других органических веществ, он является экологически безопасным для людей и животных. Этот стройматериал огнеупорен, поэтому играет большую роль в защите помещений от огня. Помимо всех вышеперечисленных свойств, он способен впитывать излишки влаги в помещениях при ее повышении и отдавать влагу при понижении ее уровня.

Гипс выпускают нескольких разновидностей. Обычный стройматериал используют для изготовления гипсобетонных и гипсовых изделий, сухой штукатурки, панелей и перегородочных плит, гипсово-известковых штукатурных растворов. Высокопрочный формовочный гипс производят путем специальной механической доработки обычного строительного материала, подвергая его очистке и дополнительному размалыванию. Из него делают лепнину и другие декоративные изделия для интерьеров и фасадов. Гипс строительный разделяют по времени его затвердения: 2-15 минут – быстросхватывающийся; 6-30 минут – нормально схватывающийся; свыше 20 минут – медленно схватывающийся.

Прочность этого материала определяется его марками, которые отличаются пределом его прочности на сжатие (Г-2, 3, 4, 5, 6, 7, 15, 10, 19, 16, 22, 25). Гипс марок Г-10, 16, 15 считается формовочным. Такой материал практически не содержит примесей и является высокопрочным.

При работе с данным материалом следует помнить, что он довольно быстро застывает, поэтому не следует сразу готовить большое количество разведенного гипса. Количество воды, требуемой для получения смеси нормальной густоты, как правило, составляет 50-80% (для строительных работ) и 35-45% для создания различных изделий. Излишняя вода может оставаться в порах затвердевшего материала, после чего она испаряется. В результате этого пористость строительного гипса будет составлять около 50-60%. Важно запомнить, что чем меньше воды использовано для разведения гипса, тем плотнее будет готовое изделие или покрытие и тем выше его прочность. Повышение или понижение температуры плохо отражается на прочности затвердевшего материала. Для повышения прочности строительного гипса к нему иногда добавляют около 5% гашеной извести.

Для использования в медицинских целях выпускают так называемый полимерный гипс, который легко накладывается на травмированное тело пациента с помощью бинта. Он отлично повторяет контуры и обладает повышенной растяжимостью. Этот материал обладает повышенной пористостью, поэтому кожа человека продолжает свободно дышать, что предотвращает возникновение зуда. Иногда подобные повязки накладывают так, что больные могут выполнять некоторые движения. Этот материал не мешает медицинским процедурам и осуществлению рентгеновского обследования.

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.

Глина — осадочная горная порода, основные свойства которой определяются свойствами мельчайших частиц (менее 0,005 мм) глинистых минералов.

Глинистые частицы обычно имеют пластинчатое строение и хорошо смачиваются водой (гидрофильны). Благодаря большой удельной поверхности этих частиц глина способна поглощать и удерживать большое количество воды (до 20. 30 % по массе). При этом она разбухает и переходит в вязкопластичное состояние.

Глиняное тесто при высыхании из-за сближения частиц дает значительную усадку. Чтобы уменьшить усадку и предотвратить растрескивание, в глиняное тесто добавляют крупнозернистые материалы (песок, опилки).

Известно, что при повторном увлажнении глина вновь размягчается, поэтому необходимо предохранять затвердевший глиняный материал от воздействия воды.

Глину в качестве местного вяжущего ранее применяли в сельском строительстве для штукатурных и кладочных растворов.

Благодаря высокой пластичности и способности удерживать воду глину используют в качестве пластифицирующей добавки к цементу в строительных растворах.

В строительстве и промышленности издавна применяют гипсовые вяжущие материалы — строительный гипс, формовочный и высокопрочный, эстрих-гипс.

В строительной практике гипс иногда называют алебастром (от греч. alebastros — белый). Эти минеральные вяжущие воздушного твердения образуются путем тепловой обработки и помола сырья, содержащего дву-водный или безводный сульфат кальция.

Производство. При нагревании природного двуводного гипсового камня происходит частичная его дегидратация, при этом образуется полуводный сульфат кальция р-модификации

Обжиг тонкоизмельченного природного гипса протекает при низких температурах (ПО. 180 °С) в котлах; кристаллизационная вода при этом выделяется в виде водяного пара, поэтому говорят, что гипс «варят» в котле.

Из полуводного гипса CaS04 ■ 0,5Н2О состоят все низкообжиговые гипсовые вяжущие. Прочность при сжатии полу водного гипса невысокая — 2. 25 МПа, плотность — 2600. 2750 кг/м3, насыпная плотность -800. 1000 кг/м3; цвет порошка — белый или серый.

Твердение. Порошок гипсового вяжущего, затворенный водой, образует пластичное тесто, которое быстро схватывается и твердеет, при этом полуводный (строительный) гипс присоединяет воду и превращается в двуводный

Реакция гидратации протекает быстро, с выделением теплоты и заканчивается через несколько минут после затворения.

Строительный гипс обладает рядом особенностей: быстро схватывается и твердеет, обладает повышенной водопотребностью и пористостью, в начальный период твердения увеличивается в объеме, обладает низкой водостойкостью, подвержен деформациям ползучести.

Для образования пластичного гипсового теста требуется 50. 60 %, а для гидратации — 20 % воды от его массы. Для гипса проблема снижения водопотребности и соответственно уменьшения 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 (СаС12, MgCl2 и др.). В этих условиях образуется другая кристаллическая модификация полуводного гипса — а-гипс, имеющий вопотребность 30. 40 %.

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

Свойства. По срокам схватывания и твердения гипсовые вяжущие делят на три группы: А — быстротвердеющие (начало схватывания — не ранее 2 мин, конец — не позднее 15 мин), Б — нормальнотвердеющие (начало схватывания — не ранее 6 мин, конец — не позднее 30 мин), В — медленнотвердеющие (начало схватывания — не ранее 20 мин, конец не нормируется).

Замедляют схватывание гипсовых вяжущих введением в гипсовое тесто растворов столярного клея, лигносульфонатов технических (ЛСТ) и других добавок.

Прочность гипсовых вяжущих определяют по результатам испытания образцов-балочек размером 40x40x160 мм из гипсового теста нормальной густоты через 2 ч после изготовления. За это время гидратация и кристаллизация вяжущего завершаются.

По пределу прочности при сжатии и изгибе гипсовые вяжущие делят на 12 марок: от Г-2 до Г-25. Марку определяют по пределу прочности при сжатии и изгибе

Для изготовления строительных изделий используют в основном гипсовые вяжущие марок от Г-2 до Г-7.

Плотность затвердевшего гипсового камня низкая (1200. 1500 кг/м3) из-за значительной пористости. Высокая пористость объясняется тем, что для получения пластичного удобоукладываемого теста при затворении гипсовых вяжущих воды берут в два-три раза больше, чем требуется для гидратации полуводного гипса. После затвердевания в гипсовых вяжущих остается значительное количество свободной воды (до 30 % от массы гипса). Такой влажный гипсовый камень характеризуется пониженной прочностью. Для повышения прочности избыток воды удаляют высушиванием гипсовых изделий при температуре не более 70 °С.

Гипсовое вяжущее — одно из немногих вяжущих, расширяющихся при твердении (увеличение в объеме достигает 0,2 %). Способность расширяться позволяет применять гипсовое вяжущее (в отличие от большинства других вяжущих) без заполнителей, не боясь трещинообразования от усадки. Введением в гипсовое тесто органических (опилки, стружки) или минеральных пористых (керамзит, аглопорит) заполнителей можно снизить плотность и стоимость изделий из гипса.

Недостаток гипсовых вяжущих — гигроскопичность, которая вместе с низкой водостойкостью приводит к потере прочности гипсовых изделий во влажных условиях и к коррозии стальной арматуры.

Применение. В штукатурных работах применяют гипсовые вяжущие всех марок, среднего и тонкого помола, нормального и медленного схватывания. Добавка гипсовых вяжущих ускоряет схватывание известково-песчаных paci воров и повышает прочность штукатурного слоя, придает его поверхности гладкость и белизну. Гипсовые вяжущие марок Г-2. Г-7 применяют для изготовления гипсовых деталей и гипсобстонных изделий: панелей для перегородок, листов сухой штукатурки, растворов для внутренней штукатурки и гипсоцементно-пуццолановых вяжущих; марок Г-5. Г-25 тонкого помола с нормальными сроками схватывания — для изготовления форм и моделей фарфоровых, фаянсовых и других керамических изделий (формовочный гипс). Гипсовые вяжущие служат основой для приготовления мастик для приклеивания гипсокартонных листов.

Ангидритовое вяжущее и высокообжиговый гипс — медлен-носхватывающиеся и медленнотвердеющие вяжущие, состоящие из безводного сульфата кальция CaS04 и активизаторов твердения.

Безводный сульфат кальция существует в природе в виде минерала — ангидрита, однако даже в тонкоразмолотом состоянии он не обнаруживает вяжущих свойств.

Ангидритовый цемент получают обжигом природного гипса при 600. 700 °С до полной дегидратации, т. е. до образования ангидрита с последующим помолом с добавками минеральных веществ; возможно также использование природного ангидрита, подвергаемого только сушке и размолу. Используют щелочные активизаторы: известь (3. 5 %) или основные шлаки (10. 15 %) и растворимые сульфаты: Na2S04, Al2(S04)3, FeS04 и др. (0,5. 1 %). В присутствии указанных добавок ангидрит взаимодействует с водой и приобретает способность схватываться и твердеть. Предел прочности при сжатии у ангидритового цемента составляет 10. 20 МПа, начало схватывания наступает не ранее 30 мин, конец — не позднее 24 ч.

Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс) получают при обжиге гипсового сырья при температуре 850. 900 °С. При этом происходит его частичная диссоциация с образованием СаО, который служит активизатором твердения ангидрита. Тонкоизмельчен-ный порошок и является высокообжиговым гипсом (эстрих-гипсом). Начало схватывания теста из эстрих-гипса наступает не ранее чем через 2 ч, конец схватывания 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. По прочности при сжатии образцов-кубов различают марки эстрих-гипса 100, 150 и 200. Его применяют для изготовления декоративных и отделочных материалов и изделий, например искусственного мрамора, штукатурных растворов и др.

Перевозят гипсовые вяжущие в мешках или без упаковки, навалом. При этом их защищают от увлажнения и загрязнения. Даже при хранении в сухих условиях гипсовые вяжущие быстро утрачивают активность, так как обладают высокой гигроскопичностью (после трех месяцев хранения потеря активности составляет примерно 30 %).

9.8. Магнезиальные вяжущие

Магнезиальные вяжущие вещества (каустический магнезит MgO и каустический доломит MgO + СаСОз) — тонкодисперсные порошки, активной частью которых является оксид магния.

Получают магнезиальные вяжущие умеренным (до 750. 850 °С) обжигом магнезита (реже — доломита). При этом карбонат магния диссоциирует с образованием оксида магния

MgC03 -» MgO + С02,

а карбонат кальция СаСОэ (в доломите) остается без изменения и является балластной частью вяжущего. Обожженный продукт размалывают.

В каустическом магнезите содержится оксида магния до 85 % по массе и более, тогда как допустимое содержание оксида кальция лимитируется 2. 5 %.

При затворении водой оксид магния гидратируется очень медленно, проявляя слабые вяжущие свойства. Магнезиальные вяжущие принято затворять раствором хлорида (сульфата) магния или кислот (НС1 или H2S04). В этом случае гидратация протекает значительно быстрее

а получаемое после затворения вяжущее именуется цементом Сореля. Кроме того, возможно образование гидрата оксихлорида магния (3MgO • MgCl2 • 6Н20), уплотняющего образующийся материал. Отношение MgCl2: MgO в вяжущем берут обычно по массе -1:2 или 1. 4.

Сроки схватывания каустического магнезита зависят от температуры обжига и тонкости помола и обычно находятся в пределах: начало — не ранее 20 мин; конец — не позднее 6 ч. Твердение начинается интенсивно, и через 1 сут. вяжущее достигает прочности 10. 15 МПа; через 28 сут. воздушного твердения прочность составляет 30. 50 МПа. В жестких смесях прочность может достигать 100 МПа.

У каустического доломита сроки схватывания большие, а прочностные показатели ниже (например, Ксж через 28 сут. составляет 10. 30 МПа).

Магнезиальные вяжущие вещества характеризуются повышенной прочностью сцепления с каменными и древесными материалами, особенно прочностью на разрыв. Поэтому их применяют в абразивном производстве для изготовления жерното-чильных кругов, брусьев и др. Главное их назначение в строительстве — изготовление ксилолита для бесшовных полов или фибролита для производства теплоизоляционных изделий и перегородок. Такие полы циклюются, их можно натирать мастиками, по теплоусвоению они близки к паркетным полам. Хотя перспектив у магнезиальных вяжущих из-за дефицитности сырья (магнезиты необходимы для получения огнеупоров) нет, они находят применение только в отдельных областях строительства.

Сегодня, когда перспективность технологии, определяется прежде всего ценой, использование этого материала на заводах, складах, предприятиях торговли, животноводческих комплексах и жилых помещениях обещает стать широкомасштабным. В результате проведенных исследований магнезиальному бетону удалось придать высокую декоративность (пигменты окрашивают бетон в различные чистые цвета). Это позволило не только устраивать цветные полы, не уступающие по внешнему облику каменным поверхностям, но и наладить выпуск декоративных архитектурно-художественных плит (стандартные размеры 1200×600 мм) и других деталей (ступени, подоконники). Плиты представляют собой однослойные самонесущие панели с цветной блестящей поверхностью, имитирующей природный камень (мрамор, гранит, малахит и другие). Они легко поддаются механической обработке и обладают высокими теплостойкостью и звукопоглощением.