Загрузка...Цемент с гипсом прочность
Свойства строительного гипса и его применение в строительстве (высокопрочный гипс, формовочный гипс, медицинский гипс).
Водопотребность гипсовых вяжущих зависит от способа их получения, формы и размеров кристаллов и плотности кристаллических сростков, тонкости помола, наличия примесей и введенных добавок, температуры гипса и воды затворения и т.д. Количество воды, необходимой для получения теста нормальной густоты, обычно колеблется в пределах 50-80% для строительного гипса и 35-45% для высокопрочного. Водопотребность может быть снижена за счет добавки сульфитно-спиртовой барды, смеси извести с глюкозой, мелассы, декстрина и ряда других веществ. Для гидратации полуводного гипса и превращения его в двуводный необходимо 18,6% воды от веса полуводного гипса.
Избыточное количество воды остается в порах затвердевшего материала, а затем испаряется. В результате пористость затвердевшего строительного гипса составляет примерно 50-60%. Чем меньше воды было взято для затворения, тем плотнее получается гипсовое изделие и тем больше его прочность.
Высокопрочный гипс отличается от обычного более крупными кристаллами не волокнистого строения и потому обладает меньшей водопотребностью. Особенностью высокопрочного гипса является также мономинеральность его структуры. Уменьшение водопотребности и вызываемое этим повышение прочности гипса имеет значение для литых изделий. Если же применяется масса жесткой консистенции например при изготовлении изделий путем вибрирования, то количество воды, необходимое для получения из обычного и высокопрочного гипса теста нужной консистенции примерно равно и получаемые изделия имеют почти одинаковую прочность. Недостаток высокопрочного гипса — повышенная ею ползучесть, т. е. появление неупругих деформаций при длительном выдерживании под нагрузкой. Высокопрочный гипс используется в настоящее время главным образом для изготовления различных форм и некоторых других целей.
Удельный вес полуводного гипса колеблется в пределах 2,5-2,8. Объемный вес его в рыхлом состоянии 800-1100 кг/м 3 , а уплотненного 1250-1450 кг/м 3 .
По стандарту (ГОСТ 125-57) тонкость помола строительного гипса, характеризуемая остатком на сите №02 (918 отв/см 2 ), для первого сорта составляет не более 15%, а для второго 30%. Предел прочности при сжатии через 1,5 ч соответственно не менее 45 и 35 кг/см 2 .
Начало схватывания для обоих сортов строительного гипса должно наступать не ранее 4 мин, а конец схватывания не ранее 6 мин и не позднее 30 мин после начала затворения гипсового теста. От начала затворения гипсового теста до конца кристаллизации гипса должно пройти не менее 12 мин. За конец кристаллизации принимается момент, когда повысившаяся вначале температура твердеющего гипсового теста начинает понижаться.
Тонкость помола строительного гипса по сравнению с другими вяжущими веществами сравнительно невысока. Более тонкий помол, правда, повышает скорость гидратация гипса, но одновременно увеличивает и его водопотребность.
Учитывая, что строительный гипс испытывается в растворе 1:0 (без песка), следует отметить, что прочность гипса значительно меньше прочности цемента. Однако она вполне достаточна для тех изделий, для изготовления которых гипс в основном и применяется.
К формовочному гипсу (ТУ 30-57) и к высокопрочному формовочному, иначе называемому техническим гипсом (ТУ 31-57), применяемым в основном для изготовления моделей, капов и форм, а также архитектурных и скульптурных изделий, предявляются следующие требования. Тонкость помола должна быть такой, чтобы остаток на сите №02 был не более 2,5% для формовочного гипса и 2% для технического. Сроки схватывания формовочного гипса: начало не ранее 5 мин, конец не ранее 10 и не позднее 25 мин; для технического гипса соответственно 4, 8 и 20 мин. Предел прочности формовочного гипса при растяжении через одни сутки должен быть не менее 14 кг/см 2 и через 7 суток с последующим высушиванием до постоянного веса не менее 25 кг/см 2 . В соответствии с пределом прочности при сжатии образцов 7-суточного возраста, высушенных до постоянного веса, технический гипс делится на пять марок: 200, 250, 300, З50 и 400. Объемное расширение отливки формовочного гипса не должно превышать 0,15%, а технического 0,2%. Содержание нерастворимых примесей должно быть не более 1,5% для формовочного гипса, 2,5% для технического гипса марки 200 и 1 % для технического гипса более высоких марок.
Медицинский гипс применяемый для гипсовых повязок, ортопедических корсетов и в зубоврачебном деле, отличается от обычного строительного гипса более тонким помолом, быстрым схватыванием и большей прочностью. По ГОСТ 4746-49 остаток на сите №02 не должен превышать 8% для первого и 15% для второго сорта. Начало схватывания должно наступать не ранее 4 мин, а конец не позднее 10 мин. Предел прочности при растяжении через сутки должен быть не менее 7 кг/см 2 , а через 7 суток не менее 14 кг/см 2 .
Повысить прочность строительного гипса можно, добавив к нему известь (около 5%). Ее положительное влияние объясняется главным образом каталитическим действием на ангидрит, некоторое количество которого содержится обычно в строительном гипсе. Возможно связывание гипса и извести в тонко дисперсные комплексные новообразования. Негашеную известь можно добавлять непосредственно в варочный котел, где подвергаясь гидратации и выделяя тепло, она, кроме того быстро подопревает загруженный гипсовый порошок, что ускоряет процесс варки.
Повышает прочность строительного гипса и добавка 0.2-0,5% сульфитно-спиртовой барды, которая уменьшает водопотребность, а также повышает растворимость полугидрата и понижает растворимость двугидрата. При этом изменяется процесс кристаллизации, что выражается в улучшении гранулометрического состава образующихся при твердении кристаллов двугидрата, в результате чего упаковка двугидрата в единице объема получается более плотной.
При твердении строительного гипса наблюдается небольшое увеличение объема схватившейся массы по сравнению с объемом смеси гипса с водой. Это объясняется ростом кристаллов двуводного гипса и увеличением объема пор. Указанное выше свойство гипса используется при производстве различных изделий, отливаемых из него в формы. Гипс хорошо заполняет все детали форм.
Понижение и повышение температуры вредно отражаются на прочности затвердевшего гипса.
Строительный гипс белого цвета, он быстро твердеет. Гипсовые растворы отличаются недостаточной пластичностью и водоудерживающей способностью, что вызывает необходимость введения пластифицирующих добавок, главным образом извести и глины. Строительный гипс можно применять в чистом виде без заполнителей, так как при его высыхании трещины не образуются.
Строительный гипс – воздушное вяжущее вещество. Его нельзя использовать для сооружений, находящихся в воде, так как в ней растворяется образующийся при твердении двуводный гипс и разрушается кристаллический сросток. При последующем высушивании гипса прочность его снова восстанавливается. Причиной малой водостойкости гипсовых изделий является и расклеивающее действие водных пленок, разъединяющих отдельные элементы кристаллической структуры затвердевшего гипса. Гипсовые изделия, защищенные от действия атмосферных осадков и сырости, долговечны. Для прочности и водостойкости строительного гипса можно добавлять к нему смесь декстрина и растворимого стекла. Повышает водостойкость и добавка к гипсу небольших количеств сульфитно-спиртовой барды и ее производных, а также ряда гидрофобных органических веществ (олеиновая кислота, мылонафт, и др.). Положительное влияние на водостойкость гипса оказывает добавка молотого гранулированного доменного шлака, извести, смеси извести или цемента с гидравлическими добавками, глины и других материалов. Повышает водостойкость и введение в гипсовый порошок кремнийорганических соединений или пропитка ими гипсовых изделий.
Практически водостойкость затвердевшего гипса чаще всего повышают за счет предложенных А. В. Волженским добавок цемента или гранулированного шлака совместно с активными гидравлическими добавками.
Строительный гипс применяется главным образом для производства гипсовых и гипсобетонных строительных изделий, применяемых для внутренней части зданий (сухой штукатурки, перегородочных плит и панелей и ряда других), а также для изготовления известково-гипсовых штукатурных растворов для внутренних стен зданий.
В известково-гипсовых штукатурных растворах на одну объемную часть гипса берут от одной до пяти объемных частей известкового теста, которое замедляет схватывание и увеличивает пластичность раствора. Для уменьшения расхода вяжущего и во избежание вызываемого известью растрескивания к смеси гипса и извести добавляют до трех объемных частей песка или другого заполнителя (шлака, пемзы, опилок и т.п.). Вводить чрезмерное большое количество заполнителей не рекомендуется, так как строительный гипс плохо сцепляется с наполнителями. Что понижает прочность изделий и, кроме того, в случае применения тяжелых заполнителей увеличивает их вес. Строительный гипс модно применять для штукатурки и без добавок извести, однако тогда необходимо вводить замедлители схватывания.
Известково-гипсовые растворы отличаются от известковых более быстрым твердением и большей прочностью, а от гипсовых – большей пластичностью и более медленным схватыванием.
Строительный гипс используют для изготовления искусственного мрамора и производства некоторых красок и мелков, а также для фиксации стеклоизделий при их полировке, например при производстве зеркального и оптического стекла. В смеси с асбестом и другими материалами гипс входит в состав теплоизоляционных композиций.
Схватывание теста
Большое практическое значение при использовании вяжущих веществ имеет скорость их схватывания и твердения.
Схватыванием называется процесс, при котором относительно подвижная смесь цемента с водой постепенно густеет и приобретает такую начальную прочность, при которой ее механическая переработка становится практически затруднительной и даже невозможной (в конце схватывания). Поэтому вяжущие вещества, в том числе и цементы, должны характеризоваться такими сроками схватывания, которые дают возможность приготовлять растворные и бетонные смеси и использовать их в деле.
Различают начало и конец схватывания теста из того или иного вяжущего. Условно в соответствии со стандартами эти сроки схватывания определяют на тесте нормальной густоты при температуре 20°С±2 по глубине погружения в него иглы Вика. По ГОСТ 10178—76 (с изм.) начало схватывания теста из этого вяжущего должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания не позднее 10 ч, считая от момента смешения цемента с водой.
До начала схватывания тесто обладает тиксотропными свойствами. По мере приближения к концу схватывания цементное тесто или бетонная смесь становятся все хуже обрабатываемыми. Необходимо, чтобы смеси в это время твердели в спокойном состоянии. Однако и в этот промежуток времени (до конца схватывания) допускается иногда механическое воздействие на бетонную смесь, если только оно приводит к уплотнению и упрочнению бетона, хотя и вызывает нарушение начальной структуры схватившегося цемента. При таком быстро-твердеющем вяжущем, каким является полуводиый гипс, воздействие на тесто и бетой после наступления начала схватывания приводит к резкому снижению прочности системы.
Вяжущее тем ценнее, чем быстрее нарастает его прочность после начала схватывания и, следовательно, чем меньше разрыв во времени между его началом и концом. Сроки схватывания цементов зависят от многих факторов и подчиняются регулированию в довольно широких пределах с учетом требований, предъявляемых к вяжущим, применяемым в строительстве.
В значительной мере отражается на скорости их схватывания минеральный состав цементов. Так, цементы с повышенным содержанием алюминатов кальция характеризуются более короткими сроками схватывания. Белитовые цементы схватываются медленнее.
Важнейший регулятор скорости схватывания портландцементов — двуводный гипс, который вводится в них при помоле в количестве 3—6 % по массе или из расчета содержания серного ангидрида в вяжущем не более 3,5 и не менее 1,5 % (ГОСТ 10178—76, с изм.). Клинкер, измельченный без гипса, характеризуется очень короткими сроками схватывания, препятствующими его использованию.
Чем больше алюминатов кальция и щелочных соединений в цементе, чем выше тонкость помола, тем больше гипса следует вводить в него. Оптимальное количество последнего в зависимости от свойств цемента устанавливают специальными опытами. Необходимо отметить, что от количества гипса в цементе зависят не только сроки его схватывания, но и такие важнейшие свойства, как прочность, скорость твердения, усадочные деформации, морозостойкость и др. Оптимальное количество гипса в портландцементе следует устанавливать с учетом тех требований, какие предъявляют к свойствам цемента при использовании в различных конструкциях и сооружениях. Но и при оптимальных добавках двувод-ного гипса приходится иногда сталкиваться с цементами, характеризующимися так называемым «ложным» схватыванием. Оно проявляется в том, что цемент при смешении с водой схватывается почти немедленно, но при последующем интенсивном перемешивании дает, особенно с небольшой добавкой воды, тесто с нормальными сроками схватывания, затвердевающее без потери прочности. Явление ложного схватывания объясняется наличием в цементе полуводного гипса или обезвоженных полугидратов, образовавшихся во время помола клинкера в мельницах при повышенных температурах (130— 160 °С). При повышенном содержании щелочей в цементе оно интенсивнее. Иногда ложное схватывание проявляется у цементов, длительно хранившихся в силосах при высокой температуре. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию против получения этих вяжущих с нежелательными явлениями ложного схватывания.
Быстрое схватывание цементов, не устраняемое дополнительным перемешиванием теста, наблюдается у цементов с недостаточным содержанием двуводного гипса.
Резкая разница скоростей схватывания цемента с добавкой гипса и без нее до последнего времени объяснялась следующим образом. При смешении с водой цемента, содержащего двуводный гипс, на поверхности клинкерных зерен немедленно в виде пленок образуется эттрингит 3CaO-Al203’3CaS04″31H20, почти прекращающий на некоторое время взаимодействие цемента с водой. При этом наступает так называемый индукционный период, или период покоя. В последующем экранирующие оболочки постепенно разрушаются и через 3—6 ч период покоя заканчивается. Начинается дальнейшее взаимодействие цемента с водой и нарастание структурной прочности системы. Предполагалось, что при смешении с водой цемента без гипса начинается быстрое взаимодействие между ними, значительное образование гидратов, в первую очередь алюминатов кальция, вызывающих схватывание системы уже через 10—20 мин.
Результаты новых исследований Лохера с сотрудниками привели к иному пониманию сущности рассматриваемых процессов. По их данным, при смешении с водой цемента, содержащего и не содержащего гипс, быстро возникают на поверхности клинкерных зерен гидратные новообразования, создающие экранирующие пленки, почти полностью прекращающие взаимодействие вяжущего с водой. В обоих случаях наступает индукционный период (период покоя). Но при этом решающее значение для подвижности водоцементной смеси приобретает различие в структуре оболочек. Изучение с помощью сканирующего электронного микроскопа структур, образующихся при начальном взаимодействии с водой цемента с добавкой гипса, показало, что на поверхности клинкерных зерен образуются тонкие оболочки из мельчайших частичек эттрингита. Они не вызывают связывания зерен друг с другом и практически не снижают подвижность водной суспензии. При отсутствии гипса в цементе на поверхности его зерен образуются объемистые рыхлые оболочки из гидроалюминатов кальция, связывающие их в единую, хотя и малопрочную, структуру начального твердения.
В цементе с гипсом в течение нескольких часов после смешения его с водой в оболочке на зернах происходит перекристаллизация частичек эттрингита с образованием удлиненных кристаллов, постепенно связывающих цементные частички друг с другом. При этом возникает эффект схватывания теста. Вследствие перекристаллизации оболочки становятся более проницаемыми для воды, что приводит к усилению ее взаимодействия с цементом и к дальнейшему упрочнению структуры.
Возникновение подобных экранирующих пленок в начальный период взаимодействия с водой наблюдается и у других вяжущих, в частности у C3S и С3А. При этом длительность блокирования частичек цемента от взаимодействия с водой, т.е. длительность индукционного периода, зависит от состава и свойств образующихся оболочек и их «долговечности» в условиях окружающей среды. Например, по опытам ряда исследователей, гипс и хлористый кальций способствуют сокращению индукционного периода трехкальциевого силиката, а сахар, три-этаноламин и некоторые другие вещества повышают устойчивость блокирующих оболочек и удлиняют период покоя. Хлористый кальций иногда в смеси с азотистокис-лым натрием (нитрит натрия NaN02) часто используют в качестве ускорителя схватывания и твердения бетонов. Нитрит натрия предотвращает корродирующее влияние хлорида на стальную арматуру. Хлористый кальций вводится в количестве 0,5—1,5 % массы цемента. Он реагирует с СзА, образуя малорастворимое соединение — хло-ралюминат кальция ЗСаО-А1203-СаС12-IQH2Q.
Следует отметить, что при очень небольших добавках СаС12 может действовать как замедлитель скорости схватывания. Примерно так же действуют Ca(N03h, Ыа2СОз, Na2Si03, полуводный гипс и др. Сода, действуя ускоряюще, часто вызывает снижение прочности.
Наконец, имеется группа веществ (Na3P04, Na2B407, уксуснокислый кальций, сахар и др.), резко замедляющих скорость схватывания цементов. Некоторые из них, вводимые в соответствующем количестве (1— 3%), отодвигают схватывание цемента на неопределенно долгое время.
На скорость схватывания цементов значительно влияют и такие факторы, как В/Ц и температура. С увеличением В/Ц и понижением температуры скорости схватывания и твердения уменьшаются и наоборот.
Увеличение тонкости помола цемента также способствует увеличению скорости его схватывания.
При хранении цементов на складах на них воздействуют пары воды и С02, содержащиеся в воздухе. При этом на поверхности цементных частичек образуются пленки гидратных новообразований, а также карбоната кальция, способствующие замедлению реакций цемента с водой и скорости его схватывания.
Смотрите также:
Нужен ли пластификатор для гипса?
Пластификатор для гипса не нужен, он применяется только для цементных растворов. Об этом мы писали здесь. Но для гипса есть добавка, обладающая аналогичными свойствами. Называется она «Преобразователь гипса». Он представляет собой порошок светлого оттенка. Он увеличивает прочностные характеристики, пластичность и улучшает качество готового объекта. Это достигается за счёт композиции хорошо дополняемых друг друга элементов. Главный из них – активатор твердения.
Проще всего купить «Преобразователь гипса СВВ-500». Кроме активатора, он содержит гиперпластификатор, гаситель пены. Этот тип предназначается для многократного повышения прочности, активно используется в разных сферах.
Дозировка
В процессе работы нужно только смешать в соответствующих пропорциях преобразователь с гипсом и жидкостью. Через небольшой промежуток времени смесь становится литой и текучей. Благодаря этому при заливке не появляется пор. По прочности готовый гипсовый объект можно сравнить с изделием из цементного бетона . Вместе с тем на прочность влияет количество компонента и выбранный метод дозирования. Количество используемой добавки — от 1 до 5 процентов. Чем больше добавлено элемента, тем выше качество сырья и результата.
При дозировке в 5% достигается максимальный результат. Если же добавить большее количество преобразователя, то можно получить обратный эффект: происходит уменьшение прироста прочности. Необходимую дозировку можно определить самостоятельно в зависимости от необходимых характеристик готовой продукции. Многие мастера используют количество, равное 4% от массы гипса.
Отсчёт нужного количества может происходить только весовым способом. Дозировка по объёму и «на глаз» не используется, поскольку добиться оптимального результата из-за низкой точности не получится.
Особенности работы с преобразователем
Из-за небольшого количества добавки могут возникнуть сложности, связанное с равномерным распределением по всему количеству приготовленной смеси. Поэтому рекомендуется проводить перемешивание нужного количества добавки и гипса в самом начале работ , пока оба состава находятся в сухом виде.
Добавка «СВВ-500» имеет сильно выраженный пластифицирующие свойства. Этот параметр нужно учитывать при подборе количества воды: чем больше количество добавки, тем меньше нужно жидкости. При этом обязательным является соблюдение правил хранения:
- в тщательно закрытой таре;
- в помещениях или на улице, но под навесом;
- в местах, где сохраняется стабильная влажность воздуха.
После вскрытия пачка вновь герметично закрывается. Если не соблюдать этого правила, добавку нельзя будет использовать в дальнейшем.
В заключение отметим: преобразователь имеет третий класс опасности, малотоксичен, не имеет неприятного запаха. После окончания срока годности смесь не выделяет опасные вещества и газа. Несмотря на это при длительном контакте может возникнуть раздражение на коже и слизистых оболочках, редко на дыхательных путях. Поэтому рекомендуется использовать средства индивидуальной защиты.
