Перед тем как вы начнете изучать эту статью хочу сделать небольшое вступление... Тема гипса у меня возникла неслучайно. Я собрался делать . В этом плане это мой первый опыт. Первое, что начинаю делать в таких случаях - изучаю материл, т.е. я попытался узнать о строительном гипсе всё.

Изначально тема мне казалась простой, но это оказалось не так, поэтому и делаю предисловие. Начнем с того, что природный . Но и это не всё. Гипс получают, как отход химической промышленности (например, ) и он идет с примесями и, как правило, ухудшающие свойства гипса, как вяжущего. Да и в природе гипс идет с примесями. Примеси убирают, но частично они остаются, поэтому нужно понимать, что покупая гипс у разных производителей, вы покупаете разный материал. Если вы самостоятельно добавляете модифицирующие добавки и купили гипс производителя с которым раньше не работали, то лучше сделать пробный замес и нанесение тестового слоя.

Гипс бывает β-модификации и α-модификации. Отличаются только способом приготовления (дегидрации). β-модификации делают нагревая двуводный гипс в открытых печах и вода выходит паром образуя мельчайшие поры, что ухудшает прочность, т.к. при любой тонкости помола получаются пористые частички. α-модификацию делают в автоклавах под давлением и вода выходит капельным способом, что делает полученный полуводный гипс монолитным, что улучшает прочность. α-модификация сложна в производстве, соответственно получается дорогой гипс и используется только в медицине и частично в скульптуре.

Алебастр это название природного зернистого гипса, который имеет более мелкое структурное зерно. В некоторых местах пишут, что любой строительный гипс - алебастр. Это не так. Алебастр является зернистым гипсом, но не любой зернистый гипс является алебастром. Он и в природе от простого зернистого гипса отличается по виду и похож на мрамор. Алебастр по своей природе мелкозернист, поэтому есть возможность при помоле получить более мелкое зерно, чем у простого зернистого гипса. Порошок с более мелким зерном имеет большую площадь поверхности частиц, а значит быстрее вступает в реакцию с водой и быстрее твердеет. Строительный Алебастр - это полуводный гипс, полученный из природного алебастра.

Есть ещё один важный момент. Гипс β-модификации, который только и продается в готовых смесях и так состоит из пористых частичек, но для приготовления рабочего раствора нужной текучести приходится добавлять воды в 2 раза больше, чем нужно для химической реакции. Лишняя вода выходит испарением создавая дополнительные поры и ещё уменьшает прочность. Поэтому если вам важна прочность, уменьшайте воду и применяйте добавки увеличивающие текучесть и используйте гипс с мелким помолом.

Строительный гипс - это вяжущие вещества, получаемые из гипсового камня или отходов химической промышленности.

При обжиге гипсового камня отделяется химически связанная вода и в зависимости от температуры образуются различные формы гипса. При 100 градусах Цельсия начинается формирование полугидратного гипса. При его затворении в воде вновь образуется дигидрат сульфата кальция. Этот замкнутый цикл был открыт примерно 20 тысяч лет назад. Люди сооружали очаги из гипсового камня и, вероятно, замечали, как рассыпавшийся обожженный гипс превращается под дождем снова в камень. В шумерских и вавилонских клинописях встречаются упоминания о гипсе и его применении.

Доступность сырья, простота технологии и низкая энергоемкость производства (в 4-5 раз меньше, чем для получения портландцемента) делают гипс дешевым и привлекательным вяжущим.

Плотность полуводного гипса

Плотность затвердевшего гипсового камня низкая (1200-1500 кг/м 3) из-за значительной пористости (60-30% соответственно).

Расширение при твердении

Гипсовое вяжущее - одно из немногих вяжущих, расширяющихся при твердении. Увеличение объема при схватывании и твердении на 0,5-1%. При высыхании уменьшение в объеме на 0,05-0,1%. Эта особенность гипсовых вяжущих позволяет применять их без заполнителей, не боясь растрескивания от усадки.

Горючесть

Гипсовые материалы не только являются негорючими материалами, но в силу своей пористости замедляют передачу теплоты, а при действии высоких температур в результате термической диссоциации выделяют воду, тем самым тормозя распространение огня. В сухих условиях эксплуатации или при предохранении от действия воды (гидрофобизирующие покрытия, пропитки и т. п.) гипс очень перспективное с технической и экологической точек зрения вяжущее.

Разновидность гипса

Гипс β-модификации

Гипс β-модификации получают при температуре 150-180°C в аппаратах, сообщающихся с атмосферой. Продукт измельчения гипса β-модификации в тонкий порошок до или после обработки называется строительным гипсом или алебастром, при более тонком помоле получают формовочный гипс или, при использовании сырья повышенной чистоты, медицинский гипс.

Гипс α-модификации

Гипс α-модификации получают при низкотемпературной (95-130°C) тепловой обработке в герметически закрытых печах. Из него делают высокопрочным гипс.

Алебастр

Алебастр (от гр. alebastros - белый) - быстротвердеющее воздушное вяжущее, состоящее из полуводного сульфата кальция CaSO 4 . 0,5Н 2 О, получаемого низкотемпературной обработкой гипсового сырья.

Алебастр - гипс β-модификации, порошкообразный вяжущий материал, полученный путём термической обработки в открытых печах при температуре 150-180 градусов природного двухводного гипса CaSO 4 · 2H 2 O. Полученный продукт измельчают в тонкий порошок. При более тонком помоле получают формовочный гипс. Для медицинского гипса используют сырья повышенной чистоты.

Ангидрит

Ангидрит - природный безводный гипс. Ангидритовое вяжущее медленно схватывается и медленно твердеет, состоит из безводного сульфата кальция CaSO 4 и активизаторов твердения.

Эстрих-гипс

Высокообжиговый эстрих-гипс получают обжигом природного гипсового камня CaSO 4 . 2Н 2 О до высоких температур (800-950°С). При этом происходит его частичная диссоциация с образованием СаО, который служит активизатором твердения ангидрита. Окончательным продуктом твердения такого вяжущего является двуводный гипс, определяющий эксплуатационные свойства материала.

Технологические свойства эстрих-гипса существенно отличаются от свойств обычного гипса. Сроки схватывания эстрих-гипса: начало не ранее 2 часов, конец - не нормируется. Благодаря пониженной водопотребности (у эстрих-гипса она составляет 30-35% против 50-60 % у обычного гипса) эстрих-гипс после затвердевания образует более плотный и прочный материал.

Прочность образцов - кубов из раствора жесткой консистенции состава - вяжущее:песок = 1:3 через 28 суток твердения во влажных условиях - 10-20 МПа. По этому показателю устанавливают марку эстрих-гипса: 100, 150 или 200 (кгс/см 2).

Эстрих-гипс применяли в конце XIX - начале XX вв. для кладочных и штукатурных растворов (в том числе и для получения искусственного мрамора), устройства бесшовных полов, оснований под чистые полы и т.п. В настоящее время это вяжущее применяют ограниченно.

Свойства строительного гипса

Степень помола

По тонкости помола, определяемой максимальным остатком пробы гипса при просеивании на сите с отверстиями 0,2 мм, гипсовые вяжущие делят на три группы: грубый, средний, тонкий.

Прочность на сжатие и изгиб

Марку гипса определяют испытанием на сжатие и изгиб стандартных образцов - балочек 4 х 4 х 16 см спустя 2 часа после их формования. За это время гидратация и кристаллизация гипса заканчивается.

Установлено 12 марок гипса по прочности от 2 до 25 (цифра показывает нижний предел прочности при сжатии данной марки гипса в МПа). В строительстве используется в основном гипс марок от 4 до 7.

Согласно ГОСТ 125-79 (СТ СЭВ 826-77) в зависимости от предела прочности на сжатие различают следующие марки гипсовых вяжущих:

Марка вяжущего	Минимальный предел прочности образцов-балочек размерами 40х40х160 мм в возрасте 2 ч, МПа (кгс/см 2), не менее
	при сжатии	при изгибе
Г-2	2(20)	1,2(12)
Г-3	3(30)	1,8(18)
Г-4	4(40)	2,0(20)
Г-5	5(50)	2,5(25)
Г-6	6(60)	3,0(30)
Г-7	7(70)	3,5(35)
Г-10	10(100)	4,5(45)
Г-13	13(130)	5,5(55)
Г-16	16(160)	6,0(60)
Г-19	19(190)	6,5(65)
Г-22	22(220)	7,0(70)
Г-25	25(250)	8,0(80)

При увлажнении затвердевший гипс не только существенно (в 2-3 раза) снижает прочность, но и проявляет нежелательное свойство - ползучесть - медленное необратимое изменение размеров и формы под нагрузкой.

Нормальная густота (водопотребность или водогипсовое отношение)

Нормальная густота (стандартная консистенция) гипсового теста характеризуется диаметром расплыва гипсового теста, вытекающего из цилиндра при его поднятии на высоту не менее чем на 100 мм. Диаметр расплыва должен быть равным (180±5)мм. Количество воды является основным критерием для определения свойств гипсового вяжущего: времени схватывания, предела прочности, объемного расширения и водопоглощения. Количество воды выражается в процентах, как отношение массы воды, необходимой для получения гипсовой смеси стандартной консистенции, к массе гипсового вяжущего в граммах.

При изготовлении гипсовых изделий методом литья требуется 60-80 % воды от массы строительного или формовочного гипса и 35-45% воды от массы высокопрочного гипса.

При затворении гипсового вяжущего водой на протекание химической реакции гидратации полугидрата CaSO 4 теоретически расходуется 18,6% воды, а избыточное количество воды, оставшееся в порах затвердевшего изделия, при твердении испаряется и вызывает характерную для гипсовых изделий высокую пористость - 50-60 % от общего объема затвердевшего изделия. То есть, чем меньше используется воды при затворении гипсового теста и меньше значение нормальной густоты при достижении хорошей удобоукладываемости теста, тем плотнее и прочнее гипсовое изделие.

Нормальная густота гипсового вяжущего зависит от множества факторов, главные из которых - вид гипсового вяжущего, тонина помола, форма и размеры кристаллов полугидрата.

Для снижения водопотребности гипсового вяжущего используют добавки - разжижители (пластификаторы), увеличивающие подвижность и удобоукладываемость гипсовой массы без уменьшения прочностных показателей свойств.

К таким добавкам относятся:

• глюкоза;
• меласса;
• декстрин (вводятся в гипсовое вяжущее в смеси с известью);
• сульфитно-спиртовая барда (ССБ) и ее термополимеры;
• двууглекислая сода;
• глауберова соль и др.

Добавка 0,1 % раствора Ca-Cl 2 к гипсовому камню в процессе варки интенсифицирует процесс варки, снижает водопотребность и ускоряет сроки схватывания гипсового вяжущего.

При хранении гипсовых вяжущих на воздухе их водопотребность несколько снижается (происходит "искусственное старение" гипса), что приводит к искажению результатов определения прочности при стандартных испытаниях.

В практической деятельности иногда производят увлажнение гипсового вяжущего паром специально для снижения водопотребности, некоторого повышения пластичности теста и прочности изделий. Количество водной добавки в гипсовое вяжущее составляет около 5%, при этом происходит частичная гидратация поверхностных слоев зерен гипса и изменение их смачиваемости при последующем затворении гипсового вяжущего водой. Однако, длительное хранение гипсовых вяжущих (более 3 месяцев) в присутствии паров воды недопустимо, так как из-за преждевременной гидратации гипса значительно снижается его активность.

Морозостойкость

15-20 и более циклов замораживания и оттаивания.

Армирование

Стальная арматура в гипсовых изделиях в условиях нейтральной среды (рН=6,5-7,5) подвергается интенсивной коррозии. Увлажняется гипс за счет его хорошей гигроскопичности (способность поглощать влагу из воздуха).

Гипс хорошо сцепляется с древесиной и поэтому его целесообразно армировать деревянными рейками, картоном или целлюлозными волокнами и наполнять древесными стружками и опилками.

Гипс, как вяжущий материал

Гипсовые вяжущие - это материалы на основе полуводного гипса или ангидрита. Относятся к воздушным вяжущим веществам.

В зависимости от способа получения гипсовые вяжущие (ГВ) вещества делятся на три основные группы:

• I - вяжущие, получаемые термической обработкой гипсового сырья: низкообжиговые (обжиговые и варочные) и высокообжиговые: α

  Полугидрат сульфата кальция (или их смесь), а также растворимый ангидрит (полностью обезвоженный гипс или даже частично диссоциированный ангидрит, содержащий небольшое количество свободного оксида кальция).

• II - вяжущие, получаемые без термической обработки (безобжиговые): природный ангидрит, для активации твердения вводятся специальные добавки.
• III - вяжущие, получаемые смешиванием гипсовых вяжущих I или II групп с различными компонентами (известь, портландцемент и его разновидности, активные минеральные добавки, химические добавки и др.).

Вяжущие I и II групп являются неводостойкими (воздушными) гипсовыми вяжущими (НГВ). Вяжущие III группы относятся, за некоторым исключением, к водостойким гипсовым вяжущим (ВГВ).

Для производства указанных в табл.1.1 гипсовых вяжущих веществ применяют природное гипсовое, ангидритовое сырье или гипсосодержащие отходы.

В зависимости от температуры тепловой обработки гипсовые вяжущие разделяют на две группы:

Низкообжиговая группа

Низкообжиговые (собственно гипсовые, на основе CaSO 4 . 0,5H 2 O), получаемые при температуре 120-180°С. Они характеризуются быстрым твердением и сравнительно низкой прочностью. К ним относятся:

• строительный гипс, в том числе алебастр;
• формовочный гипс;
• высокопрочный гипс;
• медицинский гипс;

Высокообжиговая группа

Высокообжиговые (ангидритовые, на основе CaSO 4), получаемые при температурах 600-900°С. Ангидритовые вяжущие отличаются от гипсовых медленным твердением и более высокой прочностью. К ним относятся:

• эстрих-гипс (высокообжиговый гипс);
• ангидритовый цемент;
• отделочный цемент.

Преимущество гипсового вяжущего:

• высокая скорость схватывания;
• химическая нейтральность, т.е экологичность материала;
• удовлетворительная прочность;
• удобство нанесения, пластичность.

Недостатки гипсового вяжущего:

• ограниченная водостойкость;
• ограниченная область применения, преимущественно для внутренних строительных и отделочных работ;
• недостаточная термостойкость;

Схватывание гипса

По срокам схватывания, определяемым на приборе Вика гипс делят на три группы (А, Б, В):

Время твердения гипса зависит от марки гипса, количества воды, от температуры воды, от дисперсности гипса. При малом содержании воды смесь плохо заливается, быстро твердеет, выделяет повышенное количество тепла, с одновременным увеличением количества объема.

Время твердения гипса с повышением температуры воды увеличивается, поэтому следует использовать холодную воду.

Замедляют схватывание гипса с помощью добавок:

• столярный клей;
• сульфитноспиртовая барда (ССБ);
• технический лигносульфонат (ЛСТ);
• кератиновый замедлитель;
• борная кислота;
• бура;
• полимерные дисперсии (например, ПВА).

Твердение гипса

Химизм твердения гипса заключается в переходе полуводного сульфата кальция при затворении его водой в двуводный: CaSO 4 . 0,5Н 2 О + 1,5H 2 O → CaSO 4 . 2Н 2 О. Внешне это выражается в превращении пластичного теста в твердую камнеподобную массу.

Причина такого поведения гипса заключается в том, что полуводный гипс растворяется в воде почти в 4 раза лучше, чем двуводный (растворимость соответственно 8 и 2 г/л в пересчете на CaSO 4). При смешивании с водой полуводный гипс растворяется до образования насыщенного раствора и тут же гидратируется, образуя двугидрат, по отношению к которому раствор оказывается пересыщенным. Кристаллы двуводного гипса выпадают в осадок, а полуводный вновь начинает растворяться и т. д.

В дальнейшем процесс может идти по пути непосредственной гидратации гипса в твердой фазе. Конечной стадией твердения, заканчивающегося через 1-2 часа, является образование кристаллического сростка из достаточно крупных кристаллов двуводного гипса.

Часть объема этого сростка занимает вода (точнее, насыщенный раствор CaSO 4 . 2Н 2 О в воде), не вступившая во взаимодействие с гипсом. Если высушить затвердевший гипс, то прочность его заметно (в 1,5-2 раза) повысится за счет дополнительной кристаллизации гипса из указанного выше раствора по местам контактов уже сформированных кристаллов.

При повторном увлажнении процесс протекает в обратном порядке, и гипс теряет часть прочности. Причина наличия свободной воды в затвердевшем гипсе объясняется тем, что для гидратации гипса нужно около 20% воды от его массы, а для образования пластичного гипсового теста - 50-60% воды. После затвердевания такого теста в нем останется 30-40 % свободной воды, что составляет около половины объема материала. Этот объем воды образует поры, временно занятые водой, а пористость материала, как известно, определяет многие его свойства (плотность, прочность, теплопроводность и др.).

Разница между количеством воды, необходимым для твердения вяжущего и для получения из него удобоформуемого теста - основная проблема технологии материалов на основе минеральных вяжущих. Для гипса проблема снижения водопотребности и, соответственно, снижения пористости и повышения прочности была решена путем получения гипса термообработкой не на воздухе, а в среде насыщенного пара (в автоклаве при давлении 0,3-0,4 МПа) или в растворах солей (СаСl 2 . MgCl 2 и др.). В этих условиях образуется другая кристаллическая модификация полуводного гипса - α-гипс, имеющая водопотребность 35-40 %. Гипс α

Модификации называют высокопрочным гипсом, так как благодаря пониженной водопотребности он образует при твердении менее пористый и более прочный камень, чем обычный гипс β-модификации. Из-за трудностей производства высокопрочный гипс не нашел широкого применения в строительстве.

Производство строительного гипса

Сырье для строительного гипса

Сырьем для гипса служит в основном природный гипсовый камень, состоящий из двуводного сульфата кальция (CaSO 4 . 2Н 2 О) и различных механических примесей (глины и др.).

По ГОСТ 4013 - 82 гипсовый камень для производства гипсовых вяжущих веществ должен содержать:

І сорт	не менее	95 %	CaSO 4 . 2H 2 O+ примеси
ІІ сорт	не менее	90%	CaSO 4 . 2H 2 O+ примеси
ІІІ сорт	не менее	80%	CaSO 4 . 2H 2 O+ примеси
ІV сорт	не менее	70%	CaSO 4 . 2H 2 O+ примеси

Примеси: SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 .

В качестве сырья могут использоваться также гипсосодержащие промышленные отходы, например, фторогипс, борогипс, - образующиеся при обработке кислотами соответствующего сырья, например

Ca 5 (PO 4) 3 F + H 2 SO 4 → H 3 PO 4 + HF + CaSO4 . nH 2 O

Все это указывает на то, что проблем с сырьем для гипсовых вяжущих нет.

Схемы дегидратации строительного гипса

В основе получения любого гипсового вяжущего лежит дегидратация сырьевых компонентов при термообработке. В зависимости от условий по мере увеличения температуры образуются различные продукты дегидратации.

Общая схема дегидратации двуводного сульфата кальция можно представить схематично:

На схеме приведены температуры переходов в лабораторных условиях; на практике, в условиях большого количества материала и флуктуации химического состава, для ускорения обжига приходится применять более высокие температуры.

В зависимости от температуры и условий обжига можно получить полуводный сульфат кальция (полугидрат) α

И β -модификаций, α

И β -растворимый ангидрит, нерастворимый ангидрит.

Сегодня общепризнанно, что образование α

Или β -модификаций полуводного гипса (по строению кристаллической решетки они подобны) зависит от условий тепловой обработки: α-полугидрат образуется при температуре 107-125 °С и выше при условии, что вода выделяется в капельно-жидком состоянии, для чего предусматривается автоклавная обработка; β -модификация полуводного гипса получается при нагревании до 100-160°С в открытых аппаратах (вращающихся печах или варочных котлах) при удалении воды в виде пара.

Высокопрочный α -полугидрат кристаллизуется в виде хорошо сформированных крупных прозрачных игл или призм; обычный строительный гипс - β-полугидрат - состоит из мельчайших плохо выраженных кристалликов, образующих агрегаты.

Этим обусловлены различные свойства продукта: β -полугидрат отличается более высокой водопотребностью, большей скоростью взаимодействия с водой, меньшей плотностью и прочностью получаемого гипсового камня. Несмотря на это, β -полугидрат существенно дешевле и составляет основную часть гипсовых вяжущих.

Для практических целей особое значение имеют условия получения модификаций полуводного сульфата кальция (полугидрата). Реакция дегидратации двуводного гипса с образованием полугидрата протекает с поглощением теплоты и имеет вид:

2(CaSO 4 . 2H 2 O) => 2CaSO 4 . H 2 O + 3H 2 O

Эту реакцию часто записывают в несколько условном виде:

CaSO 4 . 2H 2 O => CaSO 4 . 0,5H 2 O + 1,5H 2 O

Заводской строительный гипс, обжигаемый при температурах более высоких, чем теоретически необходимые для образования полугидрата, содержит, кроме полуводного гипса, также растворимый и даже нерастворимый ангидрит, что сказывается на свойствах продукта. Растворимый ангидрит на воздухе поглощает влагу и превращается в полугидрат.

Следовательно, у несколько пережженного гипса при вылеживании качество повышается, тогда как примесь недожженного гипса при недостаточном обжиге представляет собой балласт и неблагоприятно влияет на механическую прочность затвердевшего вяжущего, а также на скорость схватывания.

Одновременное содержание в строительном гипсе растворимого ангидрита и сырого гипса вызывает весьма быстрое схватывание, так как первый быстро растворяется и переходит в двуводный гипс, а второй создает центры кристаллизации.

Промышленное получение гипсового вяжущего

Строительный гипс получают с применением варочных котлов, вращающихся печей и установок совмещенного помола и обжига. Наиболее распространено производство строительного гипса с применением варочных котлов.

Стадии производства:

• Дробление гипсового камня (щёковая и молотковая дробилка).
• Помол совмещенный с сушкой (шахтная мельница).
• Тепловая обработка при атмосферном давлении или в автоклаве (варка в гипсовом котле).
• Томление (вылёживание в бункере).
• Вторичный помол (шаровая мельница).

Применение гипса

• Широко применяется в промышленности и строительстве, как строительный материал. В чистом виде применяют редко, в основном используют в качестве добавки, как связующее. Главнейшая область применения - устройство перегородок.
• В ремонте используют, как основной отделочный или выравнивающий материал. Для выравнивания используют панели заводского изготовления, гипсовые камни, гипсокартонные листы.
• Из гипса делают акустические плиты.
• В различных вариантах его применяют для огнезащитных покрытий металлических конструкций.
• Небольшое по объему, но важное направление использования гипса: декоративные архитектурные детали (лепнина) и скульптура.
• Обожжённый гипс применяют для изготовления форм (например, для керамики) для отливок и слепков (барельефы, карнизы и т.д.). Из него изготавливают прочные формы для заливки фигур.
• В стоматологии используют для изготовлении слепков зубов.
• В медицине для фиксации при переломах (медицинский гипс).

История применения гипса

Гипс является одним из древнейших минеральных вяжущих. В Малой Азии гипс использовали для декоративных целей за 9 тысяч лет до н.э. При археологических раскопках в Израиле находили полы, покрытые гипсом за 16 тысяч лет до н.э. Гипс был известен и в древнем Египте, его использовали при строительстве пирамид. Знания о производстве строительного гипса из Египта распространились на остров Крит, там во дворце царя Кноссоса многие наружные стены были возведены из гипсового камня. Швы в кладке были заполнены гипсовым раствором. Далее сведения о гипсе через Грецию пришли в Рим. Из Рима информация о гипсе распространилась в центральной и северной Европе. Особенно искусно применяли гипс во Франции. После вытеснения римлян из центральной Европы знания о производстве и применении гипса были утрачены во всех регионах севернее Альп.

И только с 11 столетия использование гипса вновь стало возрастать. Под влиянием монастырей распространилась технология, по которой пустоты внутри фахверковых зданий заполняли смесью гипса с сеном или конским волосом. В раннее средневековье в Германии, особенно в Тюрингии, было известно применение гипса для напольных стяжек, кладочных растворов, декоративных изделий и памятников. В Саксен-Анхальте сохранились остатки гипсовых полов ХI века.

Кладка и стяжки, выполненные в те давние времена, отличаются необыкновенной долговечностью. Их прочность сравнима с прочностью нормального бетона.

Особенность этих средневековых гипсовых растворов заключается в том, что вяжущие и наполнители состояли из идентичных материалов. В качестве наполнителей использовали гипсовый камень, измельченный до круглых зерен, не заостренных и непластинчатых. После твердения раствора образуется связанная структура, состоящая только из дигидрата сульфата кальция.

Еще одной особенностью средневековых растворов является высокая тонина помола гипса и экстремально низкая водопотребность. Соотношение воды к вяжущему составляет менее 0,4. Раствор содержит мало воздушных пор, его плотность примерно равна 2,0 г/см3. Более поздние гипсовые растворы производились с гораздо большей водопотребностью, поэтому их плотность и прочность значительно меньше.

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.

Строительный справочник "Мегастройки.biz"

Из чего получают гипс?

На стройках в составе цементов и строительных смесей часто надо иметь быстро схватывающееся вяжущее, чтобы растворы не успели "поплыть". Для приготовления такого вяжущего используется, в основном, природный гипс и гипсосодержащие породы. Но сейчас отходы многих промышленных производств также содержат сульфат кальция ― главную составляющую гипса. Таких отходов уже около 50 видов, потому целесообразно использовать многие из них для получения гипса.

Природный гипс (CaSO 4 ·2Н 2 0) ― это кристаллическая осадочная порода. Если образования природного гипса большие и плотные, их называют гипсовым камнем. Крупнослоистый гипсовый камень называют гипсовым шпатом, тонковолокнистый ― селенитом (лунным камнем), зернистый белого цвета (а гипс из-за примесей может иметь разные оттенки) ― алебастром, что с греческого переводится как "белый".

К гипсосодержащим породам относят ангидрит, гипсосодержащие глины и лёссы.

Ангидрит ― это сульфат кальция, не содержащий связанной воды. Обычно он подстилает гипсы снизу, представляет собой мелкие кристаллы.

Гажа ― болотная глина, содержащая карбонат кальция, сульфат кальция и непосредственно глинистую субстанцию. В принципе, все её составные части являются вяжущими материалами. А так как гажа содержит 15-90% CaSO 4 , то её целесообразно использовать для получения гипса.

Ганч, арзык ― гипсосодержащие лёссовые породы. Наряду с карбонатами и сульфатами в их составе содержится лёсс, то есть субстанция, состоящая из частиц размером намного меньших глинистых. Эти породы в Средней Азии встречаются очень крупными залежами.

Богаты гипсом отходы химической и пищевой промышленности, отходы других отраслей. Почему они не используются в полной мере? Часть из них надо освобождать от вредных примесей промывкой, сушкой, нейтрализацией, что часто не рентабельно. Другая часть требует удаления лишней влаги или больших затрат на переработку. Но в любом случае это направление перспективно, так как ежегодное количество таких отходов исчисляется сотнями миллионов тонн, а земные недра не безграничны.

Для производства вяжущих из вторсырья наиболее часто используют отходы химической промышленности:

• - борогипс, остающийся после производства борной кислоты и буры;
• - фосфогипс, остающийся после получения фосфорных удобрений (после производства 1 т удобрений остаётся 4,5 т фосфогипса);
• - фторгипс, производное от получения плавиковой кислоты и её солей;
• - титаногипс, получаемый при разложении титансодержащих руд.

Еще о извести и гипсе и изделиях из них:

Если вы задались вопросом о том, что такое гипс, то должны знать, что он представляет собой минерал, относящийся к классу сульфатов. Известны две разновидности этого материала, одна из которых называется волокнистой, а другая - зернистой. Последняя является алебастром.

Общая информация

Гипс имеет шелковистый или стеклянный блеск, первый из которых свойственен волокнистой разновидности. Спайность совершенная в одном направлении. Материал расщепляется на тонкие пластины. Цвет может быть:

• красноватым;
• серым;
• белым;
• бурым;
• желтоватым.

Волокнистые разновидности дают занозистый излом. Плотность материала составляет 2,3 г/см 3 . Формула гипса выглядит следующим образом: CaSO4·2H2O. По текстуре материал массивный.

Свойства и разновидности

Удельный вес материала может достигать 2,4 г/см 3 . Гипс довольно плотный, может быть зернистым и листоватым, а также волокнистым. Отдельные его двойники напоминают Иногда его путают с ангидридом, который имеет среднюю твердость.

Когда вы будете изучать вопрос о том, что такое гипс, то узнаете, что при нагревании материал переходит в CaSO4.1/2.H2O. Предел по температуре составляет 107 °C. При смачивании водой затвердевает и схватывается, а в соляной кислоте растворяется.

На сегодняшний день известны 3 разновидности, среди них:

• селенит;
• "марьино стекло";
• алебастр.

Первый является параллельно игольчатым и обладает шелковистым блеском. Прозрачный толстолистовой - это "марьино стекло". Окрашенным мелкозернистым может быть алебастр.

Применение

Селенит, который является волокнистым, применяется для недорогих ювелирных изделий. А вот в основу крупных ложится алебастр, который используется издревле. Сырье вытачивается. В итоге удается получить еще и предметы интерьера, среди которых:

• чернильницы;
• столешницы;
• вазы.

Если вас заинтересовал вопрос о том, что такое гипс, то вы должны знать: материал используется и в сыром виде в качестве удобрения, а также для получения глазури, эмали и краски в промышленности и целлюлозно-бумажной отрасли.

Обожженный материал используется для слепков и отливок. Это могут быть карнизы и барельефы. В медицине и строительстве материал выступает в качестве вяжущего. Более плотные разновидности выполняют функции поделочного материала.

Дополнительно о применении

Гипс является ценным камнем и широко используется в строительстве. Тысячелетия назад было замечено, что в молотом виде он помогает бороться с засолением грунта. Добывался этот минерал в карстовых пещерах. С древности и по сей день для повышения урожайности сельскохозяйственных культур гипс вносят в почву.

Для многих народов он был кормильцем. Целые города возводились из гипса. Из него выпиливались кристаллические блоки, которые шли на возведение стен. Белый камень ослепительно сияет на солнце. В этом можно убедиться и сегодня, когда от старинных городов остались лишь руины.

Во всем мире скульпторы не обходятся без этого минерала. Он стоит недорого, весит мало и удобен в обработке. Ценится малярами-штукатурами, травматологами и производителями бумаги.

Происхождение

Если вы пытаетесь понять, что такое гипс, то вы должны ознакомиться еще и с его происхождением. Этот минерал имеет несколько видов, способ образования которых отличается. В одних месторождениях добывается минерал, который сосредотачивался там в процессе скапливания морского осадка. В других случаях гипс образовывался при высыхании разных озер. Минерал мог возникнуть при отложении самородной серы и при выветривании ее соединений. Залежи в этом случае могут быть загрязнены обломками горных пород и глинами.

Месторождения

Ознакомившись с описанием гипса, вы должны узнать еще и об основных месторождениях, которые встречаются на всех континентах. Российские разработки ведутся, в основном, на территориях Кавказа и Урала. Добывается минерал в горных районах Америки и Азии. Соединенные штаты являются чемпионом гипсового производства. Существуют месторождения еще и в предгорьях Альп.

Технические характеристики

Описываемый минерал обладает довольно плотной мелкозернистой структурой. В рыхлом насыпном виде плотность может изменяться от 850 до 1150 кг/см 3 . В уплотненным виде этот параметр достигает 1455 кг/см 3 . Знакомясь с описанием гипса, вы обратите внимание на одно из его преимуществ, которое выражено в быстром твердении и схватываемости. На четвертой минуте после замешивания раствора начинается первая стадия высыхания, а уже через полчаса материал застывает.

Готовый гипсовый раствор требует немедленного расходования. Для замедления схватывания к ингредиентам добавляется водорастворимый Среди свойств гипса следует выделить температуру плавления. Материал можно нагревать до 700 °C без разрушения. Изделия из гипса довольно огнестойкие. Они начинают разрушаться лишь через 6 часов после воздействия высокой температуры.

Прочность гипса тоже часто учитывается. При сжатии этот параметр может варьироваться от 4 до 6 МПа. Если речь идет о высокопрочном материале, то он достигает 40 МПа и даже может превысить это значение. У хорошо высушенных образцов прочность в 3 раза выше. Минерал соответствует государственным стандартам 125-79. Он обладает теплопроводностью, которая равна 0,259 ккал/м*град/час. Интервал температур при этом равен пределу от 15 до 45 °C.

Белый гипс растворяется в воде в небольших количествах:

• При 0 °C в одном литре могут раствориться 2,256 г.
• Если температура повышается до 15 °C, растворимость увеличивается до 2,534 г.
• Это значение возрастает до 2,684 г при 35 °C.

Если происходит дальнейшее нагревание, то растворимость снижается.

Описание, область применения и свойства строительного гипса

Если проводить сравнение гипса с другими вяжущими материалами, то первый обладает более широкой областью использования. С его помощью можно экономить на других компонентах. Строительная разновидность используется при изготовлении гипсовых деталей, при проведении штукатурных работ и формировании перегородочных плит.

Работать с гипсовым раствором необходимо очень быстро. Время начала полимеризации может составить от 8 до 25 минут после затворения раствора. Конечное значение зависит от разновидности. В момент начала твердения минерал набирает около 40 % конечные прочности. При этом процессе белый гипс не покрывается трещинами, поэтому можно отказаться от различных заполнителей при замешивании раствора с известковым составом. Строительная разновидность снижает трудоемкость и затраты на проведение работ.

Область использования и свойства высокопрочного и полимерного гипсов

По химическому составу высокопрочная разновидность схожа со строительной. Однако у последней более мелкие кристаллы. Высокопрочный обладает крупнофракционными частицами, поэтому имеет меньшую пористостью и высокую прочность. Этот материал получается при термической обработке в условиях герметичности.

Областью использования является изготовление строительных смесей и возведения несгораемых перегородок. Из высокопрочного минерала изготавливают формы для производства фаянсовых и фарфоровых изделий. Полимерный вид еще называется синтетическим и больше знаком ортопедам-травматологам. На его основе изготавливаются для наложения повязок при переломах. Но область применения гипса не является единственным преимуществом, среди прочих следует выделить:

• легкую накладываемость;
• устойчивость к влаге;
• меньший вес по сравнению с обычными гипсовыми повязками.

В заключение

Формула гипса должна быть вам известна, если вы заинтересовались этим минералом. Важно поинтересоваться еще и другими свойствами, а также разновидностями. Среди прочих следует выделить формовочную, скульптурную и целлакастовую.

Последняя используется для изготовления бинтов, а структура позволяет растягивать материал во всех направлениях. Наиболее высокопрочным является скульптурный гипс, в котором не содержатся примеси. Среди свойств гипса белого цвета можно выделить его безупречную белизну.

Гипс - минерал, водный сульфат кальция. Волокнистая разновидность гипса называется селенитом, а зернистая - алебастром. Один из самых распространенных минералов; термин используется и для обозначения сложенных им пород. Гипсом также принято называть строительный материал, получаемый путем частичного обезвоживания и измельчения минерала. Название происходит от греч. гипсос, что в древности обозначало и собственно гипс, и мел. Плотная снежно белая, кремовая или розовая тонкозернистая разновидность гипса известна как алебастр

Смотрите так же:

СТРУКТУРА

Химический состав — Ca × 2H 2 O. Сингония моноклинная. Кристаллическая структура слоистая; два листа анионных групп 2- , тесно связанные с ионами Ca 2+ , слагают двойные слои, ориентированные вдоль плоскости (010). Молекулы H 2 O занимают места между указанными двойными слоями. Этим легко объясняется весьма совершенная спайность, характерная для гипса. Каждый ион кальция окружен шестью кислородными ионами, принадлежащими к группам SO 4 , и двумя молекулами воды. Каждая молекула воды связывает ион Ca с одним ионом кислорода в том же двойном слое и с другим ионом кислорода в соседнем слое.

СВОЙСТВА

Цвет самый разный, но обычно белый, серый, жёлтый, розовый и т.д. Чистые прозрачные кристаллы бесцветны. Примесями может быть окрашен в различные цвета. Цвет черты белый. Блеск у кристаллов стеклянный, иногда с перламутровым отливом из-за микротрещинок совершенной спайности; у селенита — шелковистый. Твёрдость 2 (эталон шкалы Мооса). Спайность весьма совершенная в одном направлении. Тонкие кристаллы и спайные пластинки гибки. Плотность 2,31 — 2,33 г/см 3 .
Обладает заметной растворимостью в воде. Замечательной особенностью гипса является то обстоятельство, что растворимость его при повышении температуры достигает максимума при 37-38°, а затем довольно быстро падает. Наибольшее снижение растворимости устанавливается при температурах свыше 107° вследствие образования «полугидрата» — CaSO 4 × 1/2H 2 O.
При 107°C частично теряет воду, переходя в белый порошок алебастра, (2CaSO 4 × Н 2 О), который заметно растворим в воде. В силу меньшего количества гидратных молекул, алебастр при полимеризации не даёт усадки (увеличивается в объеме прибл. на 1%). Под п. тр. теряет воду, расщепляется и сплавляется в белую эмаль. На угле в восстановительном пламени даёт CaS. В воде, подкисленной H 2 SO 4 , растворяется гораздо лучше, чем в чистой. Однако при концентрации H 2 SO 4 свыше 75 г/л. растворимость резко падает. В HCl растворим очень мало.

МОРФОЛОГИЯ

Кристаллы благодаря преимущественному развитию граней {010} имеют таблитчатый, редко столбчатый или призматический облик. Из призм наиболее часто встречаются {110} и {111}, иногда {120} и др. Грани {110} и {010} часто обладают вертикальной штриховкой. Двойники срастания часты и бывают двух типов: 1) галльские по (100) и 2) парижские по (101). Отличить их друг от друга не всегда легко. Те и другие напоминают собой ласточкин хвост. Галльские двойники характеризуются тем, что рёбра призмы m {110} располагаются параллельно двойниковой плоскости, а ребра призмы l {111} образуют входящий угол, в то время как в парижских двойниках рёбра призмы Ι {111} параллельны двойниковому шву.
Встречается в виде бесцветных или белых кристаллов и их сростков, иногда окрашенных захваченными ими при росте включениями и примесями в бурые, голубые, жёлтые или красные тона. Характерны сростки в виде «розы» и двойники — т.наз. «ласточкины хвосты»). Образует прожилки параллельно-волокнистой структуры (селенит) в глинистых осадочных породах, а также плотные сплошные мелкозернистые агрегаты, напоминающие мрамор (алебастр). Иногда в виде землистых агрегатов и скрытокристалличесих масс. Также слагает цемент песчаников.
Обычны псевдоморфозы по гипсу кальцита, арагонита, малахита, кварца и др., так же как и псевдоморфозы гипса по другим минералам.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Широко распространённый минерал, в природных условиях образуется различными путями. Происхождение осадочное (типичный морской хемогенный осадок), низкотемпературно-гидротермальное, встречается в карстовых пещерах и сольфатарах. Осаждается из богатых сульфатами водных растворов при усыхании морских лагун, солёных озёр. Образует пласты, прослои и линзы среди осадочных пород, часто в ассоциациях с ангидритом, галитом, целестином, самородной серой, иногда с битумами и нефтью. В значительных массах он отлагается осадочным путем в озёрных и морских соленосных отмирающих бассейнах. При этом гипс наряду с NaCl может выделяться лишь в начальных стадиях испарения, когда концентрация других растворенных солей еще не высока. При достижении некоторого определенного значения концентрации солей, в частности NaCl и особенно MgCl 2 , вместо гипса будут кристаллизоваться ангидрит и затем уже другие, более растворимые соли, т.е. гипс в этих бассейнах должен принадлежать к числу более ранних химических осадков. И действительно, во многих соляных месторождениях пласты гипса (а также ангидрита), переслаиваясь с пластами каменной соли, располагаются в нижних частях залежей и в ряде случаев подстилаются лишь химически осажденными известняками.

В России мощные гипсоносные толщи пермского возраста распространены по Западному Приуралью, в Башкирии и Татарстане, в Архангельской, Вологодской, Горьковской и других областях. Многочисленные месторождения верхнеюрского возраста устанавливаются на Сев. Кавказе, в Дагестане. Замечательные коллекционные образцы с кристаллами гипса известны из месторождения Гаурдак (Туркмения) и других месторождений Средней Азии (в Таджикистане и Узбекистане), в Среднем Поволжье, в юрских глинах Калужской области. В термальных пещерах Naica Mine, (Мексика) были найдены друзы уникальных по размерам кристаллов гипса длиной до 11 м.

ПРИМЕНЕНИЕ

Сегодня минерал «гипс» - это в основном сырье для производства α-гипса и β-гипса. β-гипс (CaSO 4 ·0,5H 2 O) - порошкообразный вяжущий материал, получаемый путём термической обработки природного двухводного гипса CaSO 4 ·2H 2 O при температуре 150-180 градусов в аппаратах, сообщающихся с атмосферой. Продукт измельчения гипса β-модификации в тонкий порошок называется строительным гипсом или алебастром, при более тонком помоле получают формовочный гипс или, при использовании сырья повышенной чистоты, медицинский гипс.

При низкотемпературной (95-100 °C) тепловой обработке в герметически закрытых аппаратах образуется гипс α-модификации, продукт измельчения которого называется высокопрочным гипсом.

В смеси с водой α и β-гипс твердеет, превращаясь снова в двуводный гипс, с выделением тепла и незначительным увеличением объема (приблизительно на 1 %), однако такой вторичный гипсовый камень имеет уже равномерную мелкокристаллическую структуру, цвет различных оттенков белого (в зависимости от сырья), непрозрачный и микропористый. Эти свойства гипса находят применение в различных сферах деятельности человека.

Гипс (англ. Gypsum) — CaSO 4 * 2H 2 O

КЛАССИФИКАЦИЯ

Strunz (8-ое издание)	6/C.22-20
Nickel-Strunz (10-ое издание)	7.CD.40
Dana (7-ое издание)	29.6.3.1
Dana (8-ое издание)	29.6.3.1
Hey’s CIM Ref.	25.4.3

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Цвет минерала	бесцветный переходящий в белый, часто бывает окрашен минералами-примесями в жёлтый, розовый, красный, бурый и др.; иногда наблюдается секториально-зональная окраска или распределение включений по зонам роста внутри кристаллов; бесцветный во внутренних рефлексах и напросвет.
Цвет черты	белый
Прозрачность	прозрачный, полупрозрачный, непрозрачный
Блеск	стеклянный, близкий к стеклянному, шелковистый, перламутровый, тусклый
Спайность	весьма совершенная легко получаемая по {010}, почти слюдоподобная в некоторых образцах; по {100} ясная, переходящая в раковистый излом; по {011}, дает занозистый излом {001}
Твердость (шкала Мооса)	2
Излом	ровный, раковистый
Прочность	гибкий
Плотность (измеренная)	2.312 — 2.322 г/см 3
Радиоактивность (GRapi)	0