Гипсовые вяжущие материалы
Ги́псовые вя́жущие материа́лы, воздушные вяжущие материалы, состоящие из частично или полностью дегидратированного сульфата кальция и в ряде случаев специальных добавок (активизирующих твердение, повышающих водостойкость и др.). Сырьём для гипсовых вяжущих материалов служит природный гипс, ангидрит и некоторые отходы промышленного производства (фосфогипс, борогипс и др.). При смешивании с водой (затворении) гипсовые вяжущие материалы превращаются в дигидрат сульфата кальция СаSO4·2H2O.
Основная группа гипсовых вяжущих материалов – полугидраты сульфата кальция СаSO46 0,5H2O, называемые обычно полугидратом гипса. Их получают термообработкой природного гипса при температуре 110–160 °С и измельчением в тонкий порошок продукта обжига (в ряде случаев помол можно производить и до термообработки). Низкая температура получения и малая твёрдость сырья, облегчающая его размол, делают гипс экономически эффективным вяжущим (энергозатраты на производство гипса в 4–5 раз ниже, чем для получения портландцемента). В зависимости от режима термообработки получают гипс α- и β-модификаций.
β-Полугидрат – наиболее распространённый вид гипсовых вяжущих материалов. Это строительный (или алебастр), формовочный (получаемый при более тонком помоле продукта обжига) и медицинский (производится из сырья повышенной чистоты) гипс. Его получают из молотого природного гипса в варочных котлах или вращающихся печах при температуре 140–160 °С. α-Полугидрат (называемый также высокопрочным гипсом) получают обработкой дроблёного (до размера щебня или более крупных кусков) природного гипса в автоклавах при температуре 120–140 °С и давлении 0,2–0,3 МПа или путём тепловой обработки (при температуре 110 ± 5 °С) сырья в водных растворах некоторых солей (например, хлоридах кальция и магния). Из-за сложности производства высокопрочный гипс не нашёл широкого применения.
Оба вида гипса быстро схватываются (2–20 мин) и быстро твердеют (не более 2 ч). С помощью добавок различного типа возможно замедление и ускорение этих процессов.
Большое количество воды затворения (по сравнению с теоретически необходимым для гидратации) β-полугидрата предопределяет значительную пористость изделий из него. Высокопрочный гипс (α-полугидрат), в отличие от обычного, требует меньшего количества воды, что обеспечивает повышенную прочность и меньшую пористость изделий. Прочность при сжатии строительного гипса через 2 ч составляет 2–7 МПа, высокопрочного гипса – 15–25 МПа. При увлажнении прочность затвердевшего гипса (обеих модификаций) падает в 2–4 раза.
Другая группа гипсовых вяжущих материалов – ангидритовые вяжущие, состоящие в основном из безводного сульфата кальция СаSO4. К ним относятся высокообжиговый гипс и ангидритовый цемент.
Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс) получают помолом и обжигом природного гипса или ангидрита при температуре 800–950 °С. При этом происходит частичное разложение СаSO4 до СаО, который активизирует процесс твердения.
Ангидритовый цемент (предложен П. П. Будниковым) получают на основе природного ангидрита или обожжённого при 600–700 °С природного гипса путём тонкого помола с добавками-активизаторами твердения – известью (3–5 %), основными шлаками (10–15 %), сульфатами железа и алюминия (до 1 %) и др.
Ангидритовые вяжущие медленно схватываются (не ранее 2 ч) и медленно твердеют. Их применяют в виде строительных растворов, приобретающих прочность при сжатии (10–20 МПа) через 28 сут. Ангидритовые вяжущие широко применялись в 19 – начале 20 вв. для кладочных и штукатурных растворов (в частности, для получения искусственного мрамора) и устройства выравнивающих стяжек полов.
Смешанные гипсовые вяжущие материалы с повышенной водостойкостью получают, добавляя к строительному гипсу (или другим видам гипсовых вяжущих материалов) портландцемент и стабилизирующие добавки, т. к. нельзя смешивать непосредственно гипс с портландцементом. Чаще других применяют гипсоцементно-пуццолановые вяжущие (ГЦПВ) материалы, характеризующиеся в 1,5–2 раза более высокой водостойкостью, чем полуводный гипс, и прочностью 10–20 МПа через 2 ч после начала твердения.
Гипсовые вяжущие материалы (в основном β-полугидрат) применяют в строительстве (сухие смеси, гипсокартон и гипсобетонные изделия), керамической промышленности, для изготовления архитектурных деталей, копий скульптурных произведений, снятия слепков и фиксации переломов (в медицине) и др. При твердении гипс несколько увеличивается в объёме (на 0,5–1 %), поэтому его можно использовать без заполнителей (например, в шпатлёвках и штукатурках), не опасаясь растрескивания.