Химический процесс твердения гипсового вяжущего

Цель работы: изучение процесса твердения гипсового вяжущего.

Теоретические сведения. Гипсовые вяжущие вещества. Виды гипсовых вяжущих. Строительный гипс. Высокопрочный гипс. Ангидрит. Эстрих-гипс.

Гипсовые вяжущие – это порошкообразные материалы, состоящие из полуводного гипса (CaSO₄ ·0, 5 H₂O) и получаемые тепловой обработкой природного двуводного гипса или гипсосодержащих техногенных отходов. При термообработке двуводного гипса в паровой среде под давлением в автоклавах или в водных растворах некоторых солей при атмосферном давлении образуется гипсовое вяжущее α -модификации. Гипсовые вяжущие для строительных целей получают преимущественно при нагревании гипса до 120–180º С (иногда до 250º С); при этом образуется основном гипсовое вяжущее β -модификации. Гипсовые вяжущие с некоторой условностью, отвечающие практическим целям, разделяют на: строительный гипс, состоящий из β -полугидрата; формовочный гипс того же состава с повышенными техническими свойствами; высокопрочный гипс, состоящий из α -полугидрата.

В зависимости от сроков схватывания гипсовые вяжущие материалы классифицируют на три вида: А – быстротвердеющие (начало схватывания наступает не ранее 2 мин, а конец – не позднее 15 мин); Б – нормальнотвердеющие (начало схватывания – не ранее 6 мин, а конец – не позднее 30 мин); В – медленнотвердеющие (начало схватывания не ранее 20 мин, а конец схватывания – не нормируется).

В зависимости от предела прочности при сжатии и изгибе гипсовые вяжущие подразделяются на марки (таблица).

Таблица – Прочностные показатели гипсовых вяжущих

Марка вяжущего	Предел прочности, МПа, не менее
при сжатии	при изгибе
Г-2		1, 2
Г-3		1, 8
Г-4		2, 0
Г-5		2, 5
Г-6		3, 0
Г-7		3, 5
Г-10		4, 5
Г-13		5, 5
Г-16		6, 0
Г-19		6, 5
Г-22		7, 0
Г-25		8, 0

Опыт 1.

Определение сроков схватывания гипсового вяжущего

Сроки схватывания гипсового вяжущего определяют на гипсовом тесте стандартной консистенции (нормальной густоты). Нормальная густота характеризуется диаметром расплыва гипсового теста, вытекающего из цилиндра из нержавеющего металла с полированной внутренней поверхностью (цилиндра Суттарда) при его поднятии. Диаметр расплыва должен быть равен (180+5) мм. Количество воды является основным критерием определения свойств гипсового вяжущего: времени схватывания и предела прочности. Количество воды выражается в процентах как отношение массы воды, необходимой для получения гипсовой смеси стандартной консистенции, к массе гипсового вяжущего в граммах.

Для определения стандартной консистенции применяют стекло диаметром более 240 мм, на которое наносят ряд концентрических окружностей диаметром 150–220 мм через каждые 10 мм, а окружности диаметром от 170 до 190 мм – через 5 мм; окружности можно нанести на лист белой бумаги и поместить его между двумя листами стекла. В чистую чашку, предварительно протертую тканью, вливают воду, масса которой зависит от свойств гипсового вяжущего. Затем в воду в течение 2–5 с всыпают от 300 до 350 г гипсового вяжущего. Массу перемешивают специальной ручной мешалкой в течение 30 с, начиная отсчет времени от начала засыпания гипсового вяжущего в воду. После окончания перемешивания цилиндр, установленный в центре стекла, заполняют гипсовым тестом, излишки которого срезают линейкой. Цилиндр и стекло предварительно протирают тканью. Через 45 с, считая от начала засыпания гипсового вяжущего в воду, или через 15 с после окончания перемешивания цилиндр очень быстро поднимают вертикально на высоту 15-20 см и отводят в сторону. Диаметр расплыва измеряют непосредственно после поднятия цилиндра линейкой в двух перпендикулярных направлениях с погрешностью не более 5 мм и вычисляют среднее арифметическое значение, которое должно составлять 180+5 мм. Если диаметр расплыва не соответствует 180+5 мм, испытание повторяют с измененной массой воды.

Сроки схватывания гипсового теста определяют на приборе Вика с иглой. Перед началом испытания проверяют, свободно ли опускается стержень прибора Вика, а также нулевое положение подвижной части.

Кольцо, предварительно протертое и смазанное минеральным маслом и установленное на полированную пластинку, заполняют тестом нормальной густоты. Для удаления попавшего в тесто воздуха кольцо с пластинкой 4–5 раз встряхивают путем поднятия и опускания одной из сторон пластинки примерно на 10 мм. После этого излишки теста срезают линейкой и заполненную форму на пластинке устанавливают на основание прибора Вика.

Подвижную часть прибора с иглой устанавливают в такое положение, при котором конец иглы касается поверхности гипсового теста, а затем иглу свободно опускают в кольцо с тестом. Погружение производят один раз каждые 30 с, начиная с целого числа минут. После каждого погружения иглу тщательно вытирают, а пластинку вместе с кольцом передвигают так, чтобы игла при новом погружении попадала в другое место поверхности теста.

Начало схватывания определяют числом минут, истекших от момента добавления вяжущего к воде до момента, когда свободно опущенная игла после погружения в тесто первый раз не доходит до поверхности пластинки, а онец схватывания – когда свободно опущенная игла погружается на глубину не более 1 мм. Время начала и конца схватывания выражают соответствующим целым числом минут. Результаты опытов заносят в таблицу.

Таблица – Результаты определения сроков схватывания гипсового теста

№ опытов	Навеска гипса, г	Кол-во воды, мл	Время от начала затворения, мин	Отсчет по шкале прибора, мм	Начало схватывания, мин	Конец схватывания, мин

Вывод

Типовые контрольные вопросы для самоподготовки

1. Привести схему термических превращений природного гипса.

2. Две технологические формы полугидрата кальция, их свойства и различия.

3.Реакции получения и твердения строительного гипса.

4. Получение и твердение высокопрочного гипса.

5. Химические реакции получения и твердения ангидрита.

6. Реакции получения и твердения эстрих-гипса.

Лабораторная работа № 9

Свойства гипсовых вяжущих α - и β - модификаций

Опыт 1.

Определение предела прочности на сжатие и растяжение при изгибе

гипсовых вяжущих α - и β - модификаций

Определение предела прочности на сжатие и растяжение при изгибе образцов гипсовых вяжущих α - и β - модификаций, изготовленных из гипсового теста стандартной консистенции, производят через 2 ч после затворения гипсового вяжущего водой. Испытание на растяжение при изгибе производят на трех образцах-балочках размерами 40× 40× 160 мм, изготовленных в трехгнездной форме, а испытание на сжатие – на шести половинках балочек, полученных после их испытания на изгиб.

для изготовления образцов берут пробу гипсового вяжущего массой от 1, 0 до 1, 6 кг. Гипсовое вяжуще в течение 5–20 с засыпают в чашку с водой, взятой в количестве, необходимом для получения теста стандартной консистенции. После засыпания вяжущего смесь интенсивно перемешивают ручной мешалкой в течение 60 с до получения однородного теста, которым заливают форму. Предварительно внутреннюю поверхность металлических форм слегка смазывают минеральным маслом средней вязкости. Отсеки форм наполняют одновременно, для чего чашку с гипсовым тестом равномерно продвигают над формой. Для удаления вовлеченного воздуха после заливки форму встряхивают 5 раз, для чего ее поднимают за торцевую сторону на высоту от 8 до 10 мм и опускают. После наступления начала схватывания излишки гипсового теста снимают линейкой, передвигая ее по верхним краям формы перпендикулярно к поверхности образцов. Через 15+ 5 мин после конца схватывания образцы извлекают из формы, маркируют и выдерживают необходимое время: 2 ч после затворения гипсового вяжущего водой, до испытаний.

Для проведения испытаний на изгиб образец-балочку устанавливают на опоры прибора для испытания на изгиб таким образом, чтобы те грани его, которые были горизонтальными при изготовлении, находились в вертикальном положении. Включают прибор и доводят образец до разрушения. Предел прочности на растяжение при изгибе гипсового вяжущего вычисляют как среднее арифметическое результатов трех испытаний.

Полученные после испытания на изгиб шесть половинок балочек сразу же подвергают испытанию на сжатие. Образцы помещают между двумя пластинами таким образом, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к продольным стенкам форм, находились на плоскостях пластин, а упоры пластин плотно прилегали к торцевой гладкой стенке образца. Образец вместе с пластинами подвергают сжатию на прессе. Время от начала равномерного нагружения образца до его разрушения должно составлять от 5 до 30 с, средняя скорость нарастания нагрузки при испытании должна быть 10+ 5 кгс/см²в секунду. Предел прочности на сжатие одного образца определяют как частное от деления величины разрушающей нагрузки на рабочую площадь пластины, равную 25 см². Предел прочности на сжатие гипсового вяжущего вычисляют как среднее арифметическое результатов шести испытаний без наибольшего и наименьшего результатов. Результаты опытов заносят в таблицу.

Наименование определяемых показателей	Значения для отдельных образцов	Результат испытаний
Испытание на изгиб
Предел прочности на растяжение при изгибе, МПа
Испытание на сжатие
Разрушающая нагрузка при испытании на сжатие, Н
Предел прочности при сжатии, МПа

Типовые контрольные вопросы для самоподготовки

1. Что называют гипсовым вяжущим веществом и какое сырье применяется при его изготовлении?

2. Чем различаются гипсовые вяжущие α - и β - модификаций?

3. По каким основным показателям оценивают качество строительного гипса?

4. Как изготавливают образцы для определения предела прочности гипсового вяжущего на сжатие и растяжение при изгибе?

5. Каким образом производят испытания образцов и как рассчитывают для гипсового вяжущего пределы прочности на сжатие и растяжении при изгибе?

Лабораторная работа № 10

123 4