Свойства строительного гипса, характеристики и его применение

Оптимальный уровень пористости гипсового изделия после его затвердевания должен составлять от 40 до 60%. Если пористость превышает этот диапазон, прочность изделия значительно снижается, что делает его склонным к разрушению. Пористость напрямую связана с количеством воды, использованного при смешивании гипсового раствора.

Гипсовые растворы: состав, пропорции, приготовление, применение

Гипс – это распространенный в природе минерал осадочного происхождения, который представляет собой водный сульфат кальция. Химическая формула данного материала – двухводный природный гипс, обозначаемый как CaSO₄·2H₂O. Этот минерал служит основным сырьем для производства альфа- и бета-гипса, применяемого в строительной отрасли.

Альфа-гипс формируется в процессе обработки природного минерала при температурах от +95 до +100°C. После измельчения получается высокопрочный гипсовый продукт, который находит специфическое применение.

Бета-гипс, в свою очередь, получается при термической обработке сырья в специализированных установках при температуре примерно +180°C. После дальнейшего измельчения возникают различные материалы, которые делятся по назначению, зависящему от степени помола:

• Тонкий порошок – это наиболее часто используемый в строительной сфере материал, известный как строительный гипс или алебастр. Он представляет собой белое или сероватое порошкообразное вещество, которое используется для заделки швов и трещин в полах, потолках и стенах. Кроме того, материал применяется для устранения неровностей и при монтаже настенных, напольных и потолочных покрытий.
• Более тонкий помол – это формовочный материал, который находит применение в производстве керамических предметов и различных макетов.
• Тонкий помол с глубокой очисткой – это состав, который используется в медицине.

В дальнейшем основное внимание будет обращено на строительный гипс (алебастр), который производится из природного минерала.

Положительные и отрицательные характеристики строительного гипса

• Плотная мелкозернистая структура, что обеспечивает высокую прочность.
• Быстрые схватываемость и отвердение; эти качества также могут выступать недостатками, так как полное схватывание пластичной смеси происходит примерно через полчаса после ее приготовления.
• Устойчивость к повышенным температурам, что делает материал подходящим для различных условиях эксплуатации.
• Небольшое увеличение объема алебастрового раствора при застывании, что способствует его отличному проникновению во все швы и поры.
• Экологичность из-за природного происхождения и отсутствия добавок, которые могли бы выделять вредные вещества в окружающую среду.

Быстрое схватывание гипсового материала требует его приготовления в объемах, которые можно использовать за короткий промежуток времени. Этапы приготовления гипсового раствора следующие:

1. В необходимую посуду наливают нужное количество воды.
2. В воду аккуратно высыпают гипсовый порошок тонкой струйкой.
3. Состав перемешивается инструментами, сделанными из дерева, пластика, резины или нержавеющей стали. Использование металлических лопаток, которые могут быть ржавыми, нежелательно. Для приготовления больших объемов раствора рекомендуется использовать электродрель с подходящей насадкой или строительный миксер. Важно не перемешивать состав более одной минуты, так как это может привести к началу процесса расслаивания.
4. Гипсовые частицы, проходя через слой воды, быстро увлажняются, и уже через минуту получается гипсовое тесто, которое необходимо сразу же использовать.

Важно! Если вы налите воду в гипсовый порошок, тогда получить однородный раствор без комков будет крайне сложно или даже невозможно.

Пропорции компонентов для гипсового раствора:

• Чтобы получить высокопрочный материал, необходимо использовать 2 кг порошка на 1 л воды;
• Традиционный вариант, позволяющий получить смесь средней пластичности, состоит из 1,5 кг порошка и 1 л воды;
• Для обработки стен и других вертикальных поверхностей предпочтительнее делать более жидкий раствор, который готовится из 1 кг порошка и 1 л воды.

Виды медицинского гипса: отличия

Существует пять основных классов медицинских гипсов:

• Мягкий гипс – используется для оттисков; его отличает высокая пластичность, быстрое схватывание и минимальное расширение.
• Стандартный медицинский материал, аналогичный алебастровому, с умеренной твердостью, в основном используется для создания диагностических моделей.
• Твердый гипс – предназначен для производства сложных моделей всех типов протезов.

• Супертвердый гипс – используется для изготовления сборных мастер-моделей и комбинированных конструкций, имеет минимальное расширение.
• Особо прочный гипс применяется в создании высокоточных моделей, обладает контролируемыми параметрами расширения.

Свойства гипса: чем отличаются?

Согласно стандарту ГОСТ 125-2018, гипс строительный должен соответствовать следующим характеристикам:

• Предел прочности при сжатии – от 2 до 25 МПа;
• Предел прочности на изгиб – от 1,2 до 8 МПа;
• По времени схватывания выделяют: быстротвердеющий, нормальнотвердеющий и медленнотвердеющий гипс;
• Помол: тонкий, средний и грубый;
• Объемное расширение – от 0,1 до 0,2%.

Марки строительного гипса

В зависимости от прочности, гипсовые вяжущие вещества делятся на 12 типов или марок. Обозначение состоит из буквы Г и числа от 2 до 25: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. Цифровое значение указывает на прочность материала при сжатии: например, для марки Г-5 прочность будет составлять 0,5 МПа (5 кгс/см²). Испытания на прочность проводятся на стандартных образцах размером 4х4х16 см. После отливки образцы сохнут на воздухе в течение 2 часов, затем тестируются на изгиб, а половинки – на сжатие. В зависимости от результатов выполняется присвоение марок.

Кроме того, марки строительного гипса делятся на две категории:

• Низкообжиговые – сюда входят строительный, формовочный и высокопрочный гипс.
• Высокообжиговые – это эстрихгипс и ангидритовый цемент, полученные при нагреве до 1000°C.

Технология производства гипса

Месторождения природного гипса классифицируются как осадочные, остаточные или метасоматические (в зависимости от способа формирования). В России крупные запасы гипса в основном находятся в осадочных формациях. При разработке большинства месторождений обычно применяется карьерный способ, однако в силу природных условий на некоторых участках требуется использовать камерно-столбовой метод.

Добытое сырье транспортируется на переработку на завод, где проходит процесс измельчения, сначала в шнековых дробилках, а затем и на молотковых мельницах. Затем полученный порошок сушится, после чего подвергается термической обработке – обжигу в специализированных котлах. Это самая распространенная технология производства строительного гипса, но существуют и другие методы. Например, обжиг может быть выполнен в вращающихся печах или в мельницах, где совмещены процессы помола и обжига.

Чаще всего обжиг проходит при температурах в диапазоне от 150 до 180°C.Сушка гипса осуществляется двумя способами:

• В открытой печи – вода испаряется в виде пара, в результате получается β-гипс, обладающий волокнистой структурой с рыхлой кристаллической решеткой. Он довольно пористый, причем поры присутствуют как между волокнами, так и внутри кристаллов. Этот материал обычно используется в строительстве как формовочное или вяжущее сырье.
• В автоклаве – вода выводится капельным методом. При обработке под высоким давлением влага начинает выделяться уже при температурах от 60°C. Это приводит к получению менее пористого и более прочного алебастра, который можно измельчить до сверхтонкого порошка. Метод автоклавного дегидрации также позволяет уменьшить содержание примесей и получить исключительно чистый продукт. Однако его стоимость выше, поэтому он, как правило, используется в медицинских целях, например, для стоматологических слепков, а также в искусстве, поскольку скульптуры и декор, созданные из данного гипса, выглядят аккуратно и обладают высокой прочностью.

Химическая формула полученного полуводного гипса после удаления влаги представляется как CaSO₄·0,5H₂O. После этого гипс измельчается в мелкий порошок и упаковывается в бумажные или полиэтиленовые мешки.

Технические характеристики и свойства гипса

Различные виды гипса имеют аналогичные характеристики, включая:

• Плотность. Этот материал отличается мелкозернистой структурой и может достигать плотности от 2,60 до 2,76 г/см³. В рыхлом состоянии его плотность составляет от 850 до 1150 кг/м³, а в уплотненном состоянии – до 1455 кг/м³.
• Удельный вес. Соответствует показателю объема. Гипс сравнительно быстро сохнет, схватываясь за 4 минуты, а полное застывание происходит через полчаса. Чтобы замедлить процесс, опытные мастера могут добавлять в смесь водорастворимый клей.
• Огнестойкость. Гипс выдерживает температуры до 600-700°C. Разрушение начинается только после 6-8 часов постоянного воздействия предельных температур.
• Прочность. При сжатии его прочность составляет от 4 до 6 МПа, а у высокопрочного гипса может варьироваться от 15 до 40 МПа и выше. Если образцы были должным образом высушены, их прочность может увеличиться в два или даже три раза.
• Теплопроводность. Теплопроводность гипса невысокая и составляет около 0,259 ккал/м·град/ч в диапазоне температур от 15 до 45°C.
• Растворимость. Гипс легко растворяется в ограниченном объеме жидкости. Например, в литре воды при 0°C растворяется 2,256 г материала, а при 35°C этот показатель увеличивается до 2,684 г. Однако увеличение температуры может привести к снижению растворимости.

Применение гипса наблюдается в следующих областях:

• гипсокартон;
• гипсоволоконные, гипсостружечные, пазогребневые плиты;
• штукатурные составы и шпаклевки;
• декоративные изделия, включая лепнину.

Советы профессионалов

Гипсовая смесь обладает высокой гигроскопичностью, поэтому ее нужно хранить в герметичной упаковке. Ранее использовали бумажные мешки, но сейчас в основном применяются полиэтиленовые. Хранение должно осуществляться в сухом, хорошо проветриваемом помещении, избегая контакта материала с землёй.

Важно помнить, что алебастр и гипс – это не одно и то же. Алебастр имеет некоторые ограничения по применению; он быстро сушится, поэтому для его использования в строительстве требуются присадки. По твердости он превосходит гипс.

По времени схватывания гипс делится на три группы: А – схватывание завершается через 15 минут после замешивания, Б – завершение схватывания происходит через полчаса, В – начальное схватывание начинается через 20 минут, но точное время завершения назвать не представляется возможным.

Разобравшись с понятием гипса, вам станет легче подобрать нужный материал для ваших нужд.

Маркировка строительного гипса

В России строительный гипс подразделяется на 12 марок или видов, которые обозначаются сочетанием буквы Г и цифры: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25. Цифры в обозначении указывают на прочность при сжатии; например, для марки Г-5 эта прочность составит 0,5 МПа.

Все марки строительного гипса можно дополнительно разделить на два типа:

• низкообжиговые марки (формовочный, строительный и высокопрочный);
• высокообжиговые марки (ангидрит и эстрихгипс).

В зависимости от потребностей вашего проекта, вы можете выбрать гипс, который соответствует необходимым качествам и характеристикам.

Что такое алебастр?

Многие часто путают строительный гипс с алебастром, полагая, что это одно и то же. В какой-то степени так было, но сегодня это уже два различных материала.

Алебастр – это кальцит, известный как карбонат кальция. Он легко обрабатывается, но считается довольно прочным материалом. Из алебастра создавались скульптуры, которые сохранились до наших дней с периодов Древней Греции и Древнего Рима. В средневековье его использовали для заделки оконных проемов вместо стекла, так как на тот момент технология производства стекла еще не была развита. Некоторые разновидности природного алебастра даже находят применение в ювелирной отрасли.

С другой стороны, гипсовый алебастр представляет собой диаквасульфат кальция, который активно используется в строительстве как вяжущая добавка и как самостоятельный материал. Этот гипсовый алебастр не подходит для медицинских операций и не используется для создания форм.

Гипс считается незаменимым материалом как в строительстве, так и в медицине, искусстве и промышленности. Перечень его применения очень широкий и порой удивителен, например, он используется для производства изоляционных материалов в нефтяной отрасли. Основные недостатки гипса – это не высокая прочность, пористость и способность пропускать воздух, а также наличие проблем с влагостойкостью. Тем не менее, для многих областей такие свойства являются вполне приемлемыми. Строительный гипс успешно справляется с заданиями, для которых он предназначен.