Физико-химические основы гипсовых вяжущих

<31 32 333435 36 37 >

Основой для использования гипса в качестве строительного материала и вяжущего является способность дигидрата сульфата кальция к дегидратации и полугидрата и ангидрида к регидратации в дигидрат. При нагревании гипс теряет кристаллизационную воду, образовавшийся сульфат кальция с малым содержанием кристаллизационной воды или не содержащий её вообще снова образует с водой при комнатной температуре первоначальный дигидрат, затвердевший гипс.

1.3.2.1 Фазы в системе CaSO₄- H₂O

В системе CaSO₄- H₂O существует 5 различных фаз, а именно дигидрат сульфата кальция (далее дигидрат), полугидрат сульфата кальция (далее полугидрат), а также безводные фазы ангидрит I, ангидрит II и ангидрит III. Дигидрат и ангидрит II встречаются в природе или образуются при химических процессах; метастабильные фазы полугидрата и ангидрита III, а также «обожжённый» ангидрит II получаются искусственно, путём дегидратации из дигидрата. Эти фазы имеют большое техническое значение. Ангидрит I является устойчивым только при температурах свыше 1180 ⁰С и не имеет технического значения. Равновесная температура между дигидратом и ангидритом II лежит около 42 ⁰С, ниже её стабилен дигидрат, выше - ангидрит II. Полугидрат встречается в α- и в ß-формах, которые значительно отличаются друг от друга по виду и размерам частиц, а также по энергетическому поведению и поведению в ходе технологических процессов. Ангидрит III имеется в видах α-ангидрит III, ß-ангидрит III и ß-ангидрит III´, которые имеют подобные отличительные свойства и условия изготовления как α- и ß-полугидраты. В таблице 1.28 приведены фазы системы CaSO₄- H₂O с соответствующими физическими и химическими данными. Таблица 1.29 содержит значения дегидратационной теплоты, которые имеют значение для технологии [176, 177, 178].

Таблица 1.28-Фазы в системе CaSO₄- H₂O и их физико-химические свойства [177]

Химические формулы фаз	CaSO₄· 2H₂O	CaSO₄·0,5H₂O	CaSO₄	CaSO₄

Обозначение	дигидрат сульфата кальция	полугидрат сульфата кальция	ангидрит II	ангидрит III
Другие обозначения	природный гипс, сырьевой гипс, гипсовый камень, технический гипс, твёрдый гипс	ß-полугидрат, ß-гипс, отделочный гипс, α-полугидрат, α-гипс, твёрдоформен-ный гипс, автоклавный гипс	природный ангидрит, сырьевой ангидрит, ангидритный камень, синтетический ангидрит, обожженный ангидрит	растворимый ангидрит
Формы		α-форма ß-форма	А II-т* А II-н * А II-э *	α -А III ß-А III
Кристаллизационная вода, масс. %	20,92	6,21
Плотность, г/см³	2,31	α: 2,757 ß: 2,619	2,93 - 2,97	2,580
Мольная масса, г/моль	172,17	145,15	136,14	136,14

Кристаллическая система [179]	моноклин-ная	моноклинная	орторомбичес-кая	орторомбическая псевдогексаго- нальная
Симметрия [184]	112/с1		Bmmb	C222
Межплоскостное расстояние,нм, и углы [184] a b c d	0,5679 1,5202 0,6522 118,43 ⁰	1,2032 0,6927 1,2671 90,27 ⁰	0,6992 0,6999 0,6240	1,2077 0,6972 0,6304
Твёрдость по Моосу		-	3,5	-
Растворимость в Н₂О при 20⁰С, г CaSO₄/л	2,05	α: 6,7 ß: 8,8	2,7	α: 6,7 ß: 8,8
Стабильность	< 40 ⁰С	метастабиль-ный	40-1180 ⁰С	метастабильный
Температура образования в лаборатории		α: > 45⁰С в Н₂О ß: 45-200⁰С в сухом воздухе	200-1180⁰С	α: 100⁰С в воздухе ß: 50⁰С в вакууме
Температура образования в технологическом процессе		α: 80-180 ⁰С влажный ß: 120-180 ⁰С сухой	300-900 ⁰С АII-s:300-500⁰С АII-u:500-700⁰С А II-E: >700⁰С	α: 110 ⁰С влажный ß: 290 ⁰С сухой

^*Обожжённый в печи ангидрит в зависимости от зернистости, температуры и времени пребывания обладает составными частями, которые с различной скоростью реагируют с водой. В соответствии с реактивностью этих компонентов с водой их подразделяют на следующие три формы:

А II-т (труднорастворимый ангидрит), время регидратации с водой: ½ часа 3 d, pH-6;

А II-н (нерастворимый ангидрит), время регидратации с водой: 3-7 d, pH-6;

А II-э (эстрих-гипс), время регидратации с водой: >3 d, pH-9

Таблица 1.29-Теплота дегидратации технологически важных фазовых

преобразований в системе CaSO₄· 2H₂O

Фазовое преобразование	Дегидратационная теплота при 25⁰С относительно продукта дегидратации
(кДж/моль)	(кДж/т)
CaSO₄· 2H₂O à α-CaSO₄·1/2H₂O + 3/2H₂O₍_г₎	84,6
CaSO₄· 2H₂O à ß-CaSO₄·1/2H₂O + 3/2H₂O₍_г₎	86,2
CaSO₄· 2H₂O à CaSO₄II + 2H₂O₍_г₎	108,6
CaSO₄· 2H₂O à α-CaSO₄ III + 2H₂O₍_г₎	117,4
CaSO₄· 2H₂O à ß-CaSO₄ III + 2H₂O₍_г₎	121,8