У многих людей, неискушенных в ремонтно-строительных делах, нередко возникает вопрос: чем отличаются такие строительные материалы, как гипс и алебастр? И почему на мешках написано сверху «гипс строительный», а снизу – «алебастр»?
Для того чтобы не теряться в терминах, нужно разобраться, чем на самом деле являются гипс и алебастр, есть ли между ними различия и, если есть, – то какие.
Гипс – происхождение, применение
Гипсом называют сухой состав, изготовленный на основе природного минерала – гипсового камня. Минерал представляет собой двуводный сульфат кальция – CaSO4·2H2O с примесями в виде оксидов кремния, алюминия и железа.
Гипс является минералом осадочного происхождения. В природе чаще всего встречается в виде вытянутых призмовидных кристаллов, хотя иногда формируется в виде плотных таблеточных или чешуйчатых агрегаций. Минерал довольно мягкий, легко поддается помолу.
Крупные месторождения гипсового камня располагаются в таких странах, как Иран, США, Канада, Турция, Испания. В России залежи этой породы находятся в Прикамье и Поволжье, Татарстане, на западных склонах Уральских гор и в Краснодарском крае.
Из природного минерала получают вяжущее вещество – собственно, тот гипс, который мы все и знаем. Это порошок белого, кремового или сероватого цвета (зависит от имеющихся примесей), который при затворении водой превращается в пластичную массу, довольно быстро твердеющую на воздухе.
Способ применения молотого гипса зависит от того, для чего именно его планируют использовать:
- «сырой» гипс используют в медицине для фиксации переломов, а также в сельском хозяйстве – рассыпают на полях для нормализации кислотности почвы;
- в виде «строительного гипса» он применяется при проведении ремонтных и отделочных работ, для производства стеновых плит и блоков, карнизов, лепнины.
Также минерал широко используется в бумажной и химической промышленности: при производстве цемента, серной кислоты, глазурей и красок.
Природный гипс бывает волокнистым и зернистым. Для производства алебастра используют мелкозернистый гипс – алебастр. Строительный алебастр имеет более тонкий помол и представляет собой все тот же сульфат кальция, но не двуводный, а полуводный – CaSO4·0,5H2O. Его получают путем обжига измельченного природного алебастра при температуре до 180 градусов.
Таким образом, тот алебастр, который мы приобретаем в строительном магазине, в широком понимании является гипсом, но не всякий гипс можно назвать алебастром.
Строительный гипс имеет следующие характеристики:
- Плотность (истинная) составляет 2,6 – 2,76 г/куб. см. При этом в рыхлонасыпном виде плотность составляет 0,85 – 1,15 г/куб. см, а в уплотненном – 1, 245 – 1,455 г/куб. см.
- Изделия из гипса имеют высокую огнестойкость – они разрушаются только после 6-8 часового воздействия высокой температуры. Конструкции выдерживают нагрев до 600-700 градусов без разрушения.
- Прочность при сжатии строительного гипса составляет 4-6 МПа, высокопрочного гипса – 15-40 МПа.
- Гипс и изделия из него плохо проводят тепло, коэффициент его теплопередачи в интервале температур от 15 до 45 градусов составляет всего 0,259 ккал/м·град/час.
- Скорость высыхания. После смешивания с водой гипсовый раствор начинает схватываться уже через 4 минуты и в течение следующего получаса он полностью застывает. Поэтому работать таким раствором нужно очень быстро.
Марки и свойства строительного гипса
Нормативным документом, регламентирующим свойства и качество строительных гипсовых вяжущих, является ГОСТ 125-79. Промышленность производит алебастр 12 марок, различающихся перелом прочности на сжатие.
Показатели приведены в таблице:
| Марка гипса | Предел прочности образцов-балочек размером 40×40×160 мм в возрасте 2 часа, МПа, не менее | |
| сжатие | изгиб | |
| Г-2 | 2 | 1,2 |
| Г-3 | 3 | 1,8 |
| Г-4 | 4 | 2,0 |
| Г-5 | 5 | 2,5 |
| Г-6 | 6 | 3,0 |
| Г-7 | 7 | 3,5 |
| Г-10 | 10 | 4,5 |
| Г-13 | 13 | 5,5 |
| Г-16 | 16 | 6,0 |
| Г-19 | 19 | 6,5 |
| Г-22 | 22 | 7,0 |
| Г-25 | 25 | 8,0 |
Важным показателем является срок схватывания вяжущего.
В зависимости от него различают следующие виды строительного гипса:
- А – быстротвердеющий (начало не ранее 2 мин., конец – не позднее 15 мин.).
- Б – нормальнотвердеющий (начало схватывания не ранее 6 мин., конец – не позднее 30 мин.).
- В – медленно твердеющий (начало схватывания не ранее 20 мин., окончание – не нормируется).
Степень помола также нормируется:
Таким образом, по марке вяжущего можно определить все его основные характеристики.
К примеру, на мешке указано: Г-6 В II.
Это означает, что перед нами материал со следующими характеристиками:
- прочность не менее 6 и не более 7 МПа;
- медленно твердеющий;
- среднего помола.
Разновидности гипса
Гипсовые вяжущие используются не только чистом виде, но и с различными добавками, позволяющими менять их свойства.
В настоящее время в продаже можно встретить гипс следующих разновидностей:
- Строительный – для производства гипсовых стройматериалов и для проведения штукатурных работ. Такой материал хорош тем, что не образует трещин при высыхании. Часто в него добавляют известь, что придает смеси пластичность. Материал в основном используют для внутренней отделки сухих помещений.
- Высокопрочный – вяжущее с крупными кристаллами, обеспечивающими конечному изделию меньшую пористость и, соответственно, большую прочность. Данный материал используют для устройства несгораемых перегородок, форм для производства фаянсовых и фарфоровых сантехнических изделий. Также его применяют в травматологии и стоматологии.
- Полимерный гипс – вяжущее с добавлением полимеров. Часто применяется с травматологии. Повязки с таким гипсом гораздо легче обычных гипсовых, позволяют коже дышать, не боятся влаги, проницаемы для рентгеновских лучей (позволяют контролировать процесс сращивания костей).
- Скульптурный – самый высокопрочный гипс, практически не содержащий примесей. Материал имеет высокую степень белизны и используется для изготовления статуэток. Скульптур, сувениров, а также в автомобильной и авиационной промышленности. Это вяжущее является основой сухих шпаклевочных смесей.
- Акриловый гипс – получается при добавлении в вяжущее водорастворимой акриловой смолы. Внешне практически неотличим от обычного гипса, но гораздо легче. Благодаря этому его часто используют для потолочной лепнины. Материал морозостоек и имеет низкое водопоглощение, поэтому может быть использован для работы на фасадах зданий.
Таким образом, алебастр является одной из разновидностей гипса, которую в основном используют в строительстве. Он имеет большую твердость, чем природный гипс, но менее широкое применение.
Название гипс происходит от греческого слова gipsos - гипс или мел. Гипс - один из самых распространенных в мире минералов. Другие названия минерала и его разновидностей: шелковистый шпат, уральский селенит, гипсовый шпат, девичье или марьино стекло.
Гипс является водным сульфатом кальция. Окраска минерала бывает белой, розоватой, желтовато-кремовой.
Месторождения . В Архангельской, Вологодской и Владимирской областях, по Западному Приуралью, в Башкирии (пермского возраста); в Иркутской области, на Северном Кавказе, в Дагестане и Средней Азии (юрского возраста), в США, Канаде, Италии, Германии и Франции.
Генетическая классификация - Сингония моноклинная.
По происхождению и нахождению в природе гипс тесно связан с ангидридом. Это типичный морской химический осадок. Среди осадочных пород образует пласты, часто ассоциируется с ангидритом, галитом, самородной серой, иногда нефтью, может образоваться при гидратации ангидрита.
Гипс также образуется в зоне выветривания сульфидов и самородной серы, при этом возникают плотные или рыхлые массы, обычно загрязненные глинистыми и другими примесями - так называемые гипсовые шляпы. Как и ангидрит, гипс встречается в продуктах гуморальной деятельности.
Применения . Гипс употребляется в сыром и обожженном виде. При нагревании до 120-140 градусов переходит в полугидрат CaSO4*0,5H2O (полуобожженный гипс или алебастр), при более высоких температурах получается обожженный гипс (строительный гипс).
Обожженный гипс применяется для лепных работ, в архитектуре, для штукатурки, в медицине, в цементной и бумажной промышленности. Сырой гипс используется при производстве портландцемента, для ваяния статуй и в качестве удобрения. Волокнистый гипс-селенит (особенно из района Кунгура на Урале) - широко применяется для поделок.
Физические свойства
а) Кристаллы толсто- и тонкотаблитчатые, иногда очень крупные; характерны двойники - ласточкин хвост,
б) Агрегаты плотные, зернистые, листоватые, волокнистые (селенит),
в) Цвет белый, часто прозрачен, также серый и розовый от примесей. Черта белая,
г) Блеск стеклянный, у волокнистых разностей шелковый,
д) Спайность весьма совершенная по (010). По спайности можно отщеплять тонкие листочки,
е) Твердость 2 по шкале Маоса, чертится ногтем,
ж) Плотность 2,3.
Химическая формула - Ca*2H2O.
Лечебные свойства
Способствует срастанию конечностей, излечению растяжений, вывихов и прочих травм, излечению туберкулеза позвоночника (гипсовая кровать), остеомиелита (фиксаж пораженного органа). Гипсовый порошок избавляет от чрезмерной потливости, кашица из порошка этого минерала, воды и растительного масла является замечательной тонизирующей маской.
Магические свойства
Гипс известен всем нам как матерная для копирования скульптур известных мастеров и как лечебное средство для сращивания переломов. Но только ли так можно использовать этот минерал? Оказывается, гипс является еще и лекарством от гордыни человеческой. Гипс строго следит за людьми, склонными к высокомерию и повышенному чувству собственной значимости, создавая на энергетическом уровне ситуации, когда гордец оказывается в безысходном положении, например при переломе конечностей. Это не значит, что камень способствует получению травмы - травмы мы получаем из-за собственной самонадеянности и беспечности (за исключением несчастных случаев). Гипс показывает неприглядность поведения человека самым нетрадиционным способом - он помогает излечиться от увечья, не требуя в награду ни благодарности, ни признательности.
Гипс пассивен. Он не стремится подчинить себе волю человека, подсказывает ему, как правильно поступить, не притягивает вожделенные успех, материальное благополучие, любовь и удачу.
Гипс – камень ценный, и не только как строительный материал. Тысячелетия назад люди заметили, что размолотый гипс помогает бороться с засолением почв. Добывая минерал в карстовых пещерах, древние горняки способствовали появлению огромных и протяженных подземных пространств. Их соотечественники, заделывая гипс в почву, повышали урожайность сельскохозяйственных культур.Для многих народов гипс был кормильцем. Но ведь и целые города строились из гипса! Выпиленные из кристаллического гипса блоки пошли на возведение стен города Рисафа (Сирия). Белый камень ослепительно сияет на жарком солнце даже сегодня, когда от города остались лишь живописные руины...
Скульпторы всего мира не могли бы работать, если на свете не было легкого, недорого и удобного в деле материала по имени гипс. Ценят гипс и травматологи, и маляры-штукатуры, и производители бумаги.
Физические свойства гипса
Кристаллы толсто- и тонкотаблитчатые, иногда очень крупные. Агрегаты плотные, зернистые, листоватые, волокнистые (селенит). Цвет кристалла – белый, часто прозрачен, бывает серым и розовым от примесей. Черта белая. Блеск стеклянный, у волокнистых разностей гипса – шелковый. Твердость 2 по шкале Мооса. Плотность 2,3 г/см3.Химическая формула – Ca(SO4)2H2O.
Происхождение и месторождения
По происхождению гипсы различны. В одних месторождениях сосредоточен минерал, скопившийся как морской осадок, химически измененный во время высыхания рапных озер. В других местах гипс образовался в результате выветривания соединений и отложений самородной серы – в этом случае залежи полезного ископаемого часто загрязнены глинами и обломками горных пород.Месторождения гипса встречаются на всех континентах. Крупные российские разработки ведутся на Урале и Кавказе. Добывается гипс в горных районах Азии и Америки (США – чемпион гипсового производства), в предгорьях Альп.
Лечебные свойства гипса
Официальная медицина широко использует вяжущие свойства гипса. Гигроскопичность материала позволяет использовать его в качестве эффективного средства от потливости. Гипсово-масляная эмульсия применяется во врачебной косметологии в качестве вещества, восстанавливающего тургор кожи.Не так давно наука выяснила: кристаллическая структура гипса словно нарочно создана для удержания ионов тяжелых металлов. Литотерапевты откликнулись на открытие: сегодня все большее распространение получает влажное оборачивание в дробленый гипс. Кальций и сера буквально вытягивают вредные вещества из кожи и тем самым постепенно оздоравливают организм.
Рассматривание селенитового (селенит – волокнистая разновидность кристаллического гипса) шара помогает успокоению нервной системы с одновременной концентрацией внимания.
Магические свойства гипса
Главное магическое свойство гипса – способность к поглощению страстей. Именно поэтому владение гипсовыми украшениями рекомендовано людям нервным, вспыльчивым, горячим. Овны и Козероги, Львы и Стрельцы могут с успехом использовать гипсовые талисманы для оптимизации собственного поведения.Использовать гипсовые кристаллы в магических ритуалах сложно: камень умеет показать человеку суетность его затей, убогость целей, примитивность действий. Магически деструктивная роль гипса полезна для убежденных гордецов и самоуверенных недоучек, но может сослужить плохую службу человеку, не слишком уверенному в себе.
Использование гипсовых украшений
Помимо чисто практического использования, гипс может применяться в качестве отличного интерьерного украшения. Речь в данном случае идет не о гипсовой лепнине, частом архитектурном элементе помещений, а о кристаллических образованиях.«Розы пустыни» - так зовут сростки плавно искривленных гипсовых пластинок, действительно напоминающие цветы. Сходство особенно сильно, если размер природного агрегата не превышает размера цветка садовой розы, цвет пластинок бел до полупрозрачного, а сами «лепестки» тонки, как настоящие лепестки.
Подобные экземпляры сравнительно редки и потому дороги. Чаще же «розы пустыни» невзрачны, добываются местными собирателями сотнями, продаются на вес... Тем не менее, даже самая скромная гипсовая «роза» кремового оттенка может стать интерьерным объектом любования и источником позитивных эстетических впечатлений.
Кристаллы гипса в природе могут вырастать до исполинских размеров и при этом отличаться завидным оптическим качеством. Однако в огранку гипс попадает редко: кристаллические друзы минерала сами по себе очень разнообразны и весьма декоративны. Коллекцию гипсовых кристаллов можно собирать всю жизнь, но отобразить все формы природного разнообразия вряд ли удастся!
Гипс в искусстве
Бесцветные пластинчатые кристаллы гипса в русской языковой традиции именуются «марьиным стеклом». Название пришло из прошлого. В старину такой гипс (особенно экземпляры с перламутровым отливом) использовался для обрамления образов. Особенно часто прозрачный или радужно отливающий гипс шел на украшение икон Девы Марии. Отсюда и «марьино стекло».Найденный в позапрошлом веке на Урале волокнистый гипс сразу сделался предметом обожания у любителей элегантных безделушек. Минерал, словно светящийся внутренним светом, получил звучное имя «селенит» и сделался главным материалом для изготовления фигурок. Некоторые разновидности селенита, обладая эффектом астеризма, позволяют вырезать мистически мерцающие скульптурные миниатюры.
Ювелирные изделия из кристаллического гипса имеют скорее сувенирный характер. Недолговечность камня, чрезвычайно подверженного абразивному износу, не позволяет кабошонам и выточенным из гипсового монолита кольцам долго сохранять свою привлекательность.
Обезвоженный гипс, называемый ангидритом, по виду и свойствам напоминает мрамор. Популярные некогда кабинетные письменные приборы в течение двух веков резались в том числе и из ангидрита. Сегодня этот минерал идет на изготовление скульптурных украшений интерьера.
Ошибаются, однако, те покупатели статуэток из ангидрита, которые размещают приобретения в оранжереях, зимних садах, бассейновых и прочих влажных помещениях. В присутствии воды ангидрит впитывает влагу, постепенно (не обязательно пропорционально) увеличивается в размере и теряет декоративность.
Цель работы : Ознакомление с приборами и методикой иссле- дования гипса.
Оборудование и материалы: пресс гидравлический, прибор Вика , чашка и лопаточка для приготовления гипсового теста, весы электронные, прибор Суттарта, сито № 02, линейка, секундомер, гипс.
Правила безопасности: с целью предохранения глаз от попада- ния инородного тела лабораторную работу выполнять в защитных очках.
Теоретическая часть
Минеральными вяжущими веществами называют искусст- венно получаемые порошкообразные материалы, которые при затво- рении водой образуют пластичное вещество, способное в результате физико-химических процессов затвердевать, т. е. переходить в камне- видное состояние. Строительные минеральные вяжущие вещества де- лятся на три категории:
Воздушные вяжущие вещества (известь, гипс) характеризуют- ся тем, что, будучи затворенные с водой, твердеют и длительное вре- мя сохраняют прочность лишь в воздушной среде . В случае система- тического увлажнения они теряют прочность и разрушаются.
Гидравлические вяжущие вещества (портландцемент) харак- теризуются тем, что, после смешения с водой и предварительного твердения на воздухе способны далее твердеть как в воздушной, так и в водной среде, при этом прочность их увеличивается.
Кислотостойкие вяжущие вещества (кислотоупорный кварце- вый кремнефтористый цемент) представляют собой тонкомолотую смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяемую водным раствором силиката натрия или калия. Это вяжущее вещество начального твердения в воздушной среде может длительное время сопротивляться агрессивному воздействию неорганических и ор- ганических кислот , кроме фтористо-водородной.
1. Воздушные вяжущие вещества. Гипс
Гипсовые вяжущие делят на 2 группы: низкообжиговые и вы- сокообжиговые.
Низкообжиговые гипсовые вяжущие получают при нагреве двуводного гипса (CaSO4*2H2О) до температуры 150...160°С. При этом происходит частичная дегидратация двуводного гипса с перехо- дом его в полуводный гипс: CaSO4*2H2О→ CaSO4*0,5H2O +l,5H2O . К низкообжиговым вяжущим относятся: строительный, формовоч- ный, высокопрочный и медицинский гипс. Сырьем для производ- ства низкообжиговых вяжущих является природный гипсовый камень (CaSO4 *2H2О,) а также отходы промышленного производства, содер- жащие сульфат кальция -CaSO4.
Высообжиговые (ангидритовые) вяжущие получают термиче-
Ской обжигом двуводного гипса (CaSO4*2H2О) при более высокой температуре – 600...900°С, При этом двуводный гипс полностью те- ряет химически связанную воду, в результате чего образуется водный сульфат кальция – ангидрид CaSO4.
К высокообжиговым вяжущим относятся: ангидритовый це-
мент и эстрих-гипс.
Сырьем для производства высоко-обжиговых вяжущих является ангидрит CaSO4 , а также отходы промышленного производства, со- держащие сульфат кальция -CaSO4.
Строительный гипс . Строительным гипсом или алебастром
(ГОСТ 125-79) называют воздушное вяжущее вещество, получаемое путем термической обработки природного двуводного гипса - суль- фата кальция CaSO4*2H20 при температуре 150 - 180°С до превра- щения его в полуводный гипс - сульфат кальция CaSO 4*0,5H2O , с по- следующим помолом в тонкий порошок:
Производство строительного гипса состоит из дробления, тон-
кого помола и термической обработки гипсового камня.
Существует 2 способа производства строительного гипса:
При обжиге в открытых аппаратах, сообщающихся с атмосферой при температуре 150-160°С, когда вода из сырья удаляется в виде па- ра, и гипсовые вяжущие состоят в основном из мелких кристаллов β - модификации.
В шахтных или аэробильных мельницах с последующим обжигом при температуре 100°С измельченного продукта в гипсоварочных котлах или печах.
Строительный (полуводный) гипс представляет собой порошок белого или серого цвета. Цвет гипса зависит от количества примесей в гипсовом камне и чистоты обжига. При производстве гипса допус-
кается вводить добавки в целях регулирования сроков схватывания и улучшения физико-механических свойств гипса.
Запомни! - Формула строительного гипса - CaSO4 *0,5H2O. Формула природного двуводного гипса (из чего получают строитель- ный гипс): CaSO4*2H2О.
Реакция получения строительного гипса:
CaSO4*2H2О→ CaSO4*0,5H2O +l,5H2O.
Оценки качества строительного гипса
Качество строительного гипса определяют по следующим пока- зателям:
По тонкости помола;
По нормальной густоте гипсового теста;
По срокам схватывания;
По прочности при сжатии.
В зависимости от качества строительный гипс может быть двух сортов см. таблица 4.1.
Таблица 4.1 – Сорта качества гипса
В зависимости от степени помола строительный гипс имеет три группы (таблица 4.2).
Таблица 4.2 – Группы гипса по степени помола
В зависимости от сроков схватывания строительный гипс имеет три группы (таблица 4.3).
Таблица 4.3 – Группы строительных гипсов в зависимости от сроков схватывания
В зависимости от предела прочности гипс имеет следующие марки (таблица 4.4).
Таблица 4.4 – Марки гипсов в зависимости от пределов прочности образца на сжатие и изгиб
| Мар- ка гипса | Предел прочности в МПа, не ме- нее | Марка гипса | Марка гипса | Предел проч- ности в МПа, не менее | ||||
| при сжа- тии | при изгибе | при сжа- тии | при изгибе | при сжа- тии | при изги- бе | |||
| Г-2 | 1,2 | Г-6 | 5,0 | Г-16 | 6,0 | |||
| Г-3 | 1,8 | Г-7 | 3,5 | Г-19 | 6,5 | |||
| Г-4 | 2,0 | Г-10 | 4,5 | Г-22 | 7,0 | |||
| Г-5 | 2,5 | Г-13 | 5,5 | Г-25 | 8,0 |
Схватывание и твердение строительного гипса. Схватывание и твердение строительного гипса заключается в том, что при смеши- вании с водой гипс образует пластичное тесто, превращающееся да- лее в твердое камневидное тело с определенной прочностью. Основ- ная реакция процесса имеет следующий вид:
CaSO4*0,5H2O +l,5H2O = CaSO4*2H2O.
При этом происходит выделение из раствора кристалликов гип-
са и их срастания. Процесс твердения гипса можно ускорить сушкой при температуре менее 65 градусов.
Начало схватывания гипса должно наступать не ранее 6 мин. и не позднее 30 минут после начала затворения водой. Сроки схватыва- ния и твердения можно регулировать вводом NaCl, KCl, NaNO и дру- гих веществ, изменяющих растворимость CaSO4*0,5H2O в воде.
Формовочный гипс . Этот гипс отличается от строительного
гипса более тонким помолом, большей прочностью. Получают его из
Гипсового камня, содержащего не менее 96% CaSO4*2H2O (т.е. при- месей не более 4%) в варочных котлах при определенной длительно- сти цикла и заданной температуре. Качество его выше строительного гипса. Он состоит также как и строительный гипс из β-модификации CaSO4* 0,5H2O (β-полугидрата ) и характеризуется следующими дан- ными:
Тонкость помола характеризуется остатком на сите № 02 не более 2,5%;
Начало схватывания – не ранее 5 минут;
Конец схватывания – не позднее 25 минут;
Предел прочности при растяжении через 1 сутки не менее 1,4 МПа, а через 7 суток – не менее 2,5 МПа (от строительного гипса отлича- ется меньшей толщиной помола, повышенной прочностью и не со- держит примесей).
Формовочный гипс применяют для изготовления форм, моделей и изделий в строительной керамической, машиностроительной и дру- гих отраслях промышленности. Изделия из фарфорофаянсовой и ке- рамической массы отливают в формах из формовочного гипса. Гип- совая форма должна быть достаточно прочной и вместе с тем порис- той, чтобы отсасывать воду из шликера и при этом не разрушаться.
Высокопрочный гипс получают термической обработкой вы- сокосортного гипсового камня в герметичных аппаратах под давле- нием 0,2...0,3 МПа при 124 0С в течение 5 часов.
Он состоит из α- модификации CaSO4 *0,5H2O. Прочность его достигает 15-40 МПа. Высокопрочный гипс выпускают в небольшом количестве и используют в металлургической промышленности для изготовления форм.
Ангидритовый цемент состоит преимущественно из ангидрита CaSO4 ("мертво-обожженного"). Его "оживляют" добавкой катализа- торов, повышающих его растворимость и создающих условия для его гидратации. Такими катализаторами являются СаО - 3...5% и др. ан- гидритовые цементы применяют для приготовления кладочных и штукатурных растворов, бетонов, производства теплоизоляционных материалов, искусственного мрамора и других декоративных изде- лий.
Эстрих-гипс (высокообжиговый гипс) образуется при темпера- туре 800...1000 0С, он состоит из ангидрита CaSO4 и СаО (3,..5%), об- разующегося при разложении CaSO4 (CaSO4→CaO+-SO3 ) и выпол-
няющего роль катализатора твердения. Этот элемент медленно схва- тывается и твердеет.
Высокообжиговый гипс является разновидностью ангидритовых цементов. Он применяется для кладочных и штукатурных растворов, устройства мозаичных полов и др. Изделия из этого гипса по сравне- нию со строительным гипсом более морозостойкие, обладают повы- шенной водостойкостью и меньшей склонностью к пластическим де- формациям.
Применение гипса
Строительный гипс – белое, экологически чистое, быстрос- хватывающее и быстро-твердеющее вяжущее вещество. Его при- меняют для изготовления строительных деталей и изделий, для на- ливных полов, клеевых композиций, лепных украшений, изготовле- ние форм для литья художественной керамики, а также для штука- турных работ. Гипс не водостоек и не годится для производства внешних работ , но при добавлении цемента - он становится водо- стойким. Гипс широко используется в медицине. Гипсовые панели и перегородки хорошо поглощают звук. Гипс огнестоек и хорошо дер- жит тепло. Кроме строительного гипса, находят применение (в огра- ниченных объемах) другие гипсовые вяжущие вещества: гипс формо- ванный, гипс высокопрочный.
Водопотребность гипсовых вяжущих
Водопотребность гипсового вяжущего определяется количест- вом воды (в процентах от массы вяжущего), необходимым для полу- чения гипсового теста стандартной консистенции.
Теоретически для гидратации полуводного гипса требуется 18,6% воды от массы гипсового вяжущего, Практически для получе- ния удобоформуемой пластичной смеси строительный гипс требует 50...70% воды , а высокопрочный - 30...40%. Избыточная вода испа- ряется, образуя поры, поэтому гипсовые изделия имеют высокую по- ристость.
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.