Гіпс будівельний: властивості, характеристики, застосування

У будівельній галузі гіпс є другим за важливістю матеріалом після цементно-піщаних сумішей. Це пояснюється його властивостями, такими як невимогливість, екологічна безпека та простота використання, що призвело до широкого застосування гіпсових матеріалів у виробництві блоків, декоративних елементів та навіть предметів інтер’єру.

Сировина для виготовлення будівельного гіпсу постачається з природних джерел гіпсового каменю у формі ангідриду без води (сульфат кальцію), його двоокисної модифікації CaSO4*H2O, а також значної кількості промислових відходів, отриманих у процесі хімічного та металургійного виробництва.

Виробництво гіпсової маси

Загальна технологія виробництва гіпсу поділяє гіпсоматеріал на дві категорії – швидкого схоплювання, або напівводний матеріал, і повільно застигаючий гіпсовий камінь. До першої групи відносять будівельний і високоміцний формувальний гіпсоматеріал, до другої – менш міцний ангідрідовий цемент і естрих–гіпс.

В процесі нагрівання до 180С сировина – двухводний гіпсокамінь розпадається на дві модифікації, після поділу на ситах високоміцний α-гіпс використовується для виготовлення гіпсокаменя, блоків і форм, β-модифікація поділяється на кілька категорій, найбільш в’язка, з високою міцністю на вигин, застосовується для будівельних цілей, решта в якості декоративного і допоміжного матеріалу.

Різновиди гіпсового каменю

Крім хімскладу, властивості і характеристики гіпсу в значній мірі залежать від структури сировини. Наприклад, крім природного алебастрового каменю, володіє вираженою полікристалічною структурою, для виробництва використовують волокнистий різновид кальцієвого ангідриду – селеніт.

Всі різновиди гіпсу, від будівельного до декоративного або архітектурного, отримують шляхом варіювання змісту селеніту, алебастру, сирого гіпсового каменю, тонкомолотих відходів сульфату кальцію, підданих термообробці при різній температурі.

Чим дрібніше зерно, тим швидше матеріал твердне.

Будівельний або високомарочний гіпс

Для проведення будівельних робіт застосовують не найміцніші марки гіпсу, більш важливим вважається рівномірність застигання і відносно велике водопоглинання, яке забезпечує сумішам високу пластичність. Для виробництва будівельних матеріалів з гіпсу, шпаклівок, гіпсових штукатурних сумішей використовують β-модифікацію середньої тонкості помелу.

За рахунок спеціальних змочуючих і сповільнюючих схоплювання добавок з гіпсовим розчином можна працювати практично, як з цементно-піщаною сумішшю. Завдяки цьому зменшується усадка гіпсу і ризик виникнення тріщин у будівельному матеріалі.

Високоміцний гіпсовий камінь

Високоміцні гіпсові суміші можуть застосовуватися для обробки стін каркасних будівель, стельових перекриттів, деталей інтер’єру. На 100 кг термообробленої сирцевої маси припадає не більше 20% високоміцної фракції, тому матеріал виходить досить дорогий і в чистому вигляді використовується рідко. Найчастіше високоміцний будівельний гіпс є основою для виготовлення вогнестійкого або архітектурного матеріалу.

Полімерний камінь-гіпс

Ідея додати в гіпсову масу полімерні добавки використовується досить давно.

В обох випадках тонка пластина з будівельного гіпсу виходить досить пружною і одночасно легкою. З полімергіпсу можна легко виготовити недорогу обробку, по фактурі і малюнку імітує дорогі породи деревини.

Целакастовий гіпсовий матеріал

Широкому застосуванню гіпсоматеріалу перешкоджає один з вроджених його недоліків – висока крихкість гіпсу. Це перешкоджає виготовлення тонких стяжок або оболонок з будівельного гіпсу. Тому будівельний матеріал насичують спеціальним армуючим мікроволокном, поверхня якого оброблена поліуретаном.

В результаті міцність будівельного матеріалу зростає на 40-50%, а опір до згинаючих навантажень на 150-200%. Целакастовий гіпс широко використовується в медичних установах для накладання фіксуючих пов’язок при переломах і важких травмах кінцівок.

Скульптурний або формувальний гіпсоматеріал

Звичайний будівельний гіпс після невеликої модифікації полімерними смолами і двохатомним спиртом перетворюється на масу, з якої можна виготовити модель, відбиток, барельєф будь-якої складності.

Завдяки застосуванню розчинника вдається досягти практично нульової усадки матеріалу. Тому з скульптурного гіпсу нерідко виготовляють сувенірну продукцію і зліпки з предметів з найдрібнішим різьбленням або гравіюванням, наприклад, при копіюванні рідкісних монет, артефактів, старовинних нагород.

Акриловий гіпсоблок

Будівельний гіпс досить просто перетворити в “домашній” варіант саморобного фаянсу. Досить виконати заміс з попередньою добавкою однокомпонентної акрилової смоли. В результаті виходить легка і дуже тверда маса, яку можна обробляти різьбленням, шліфуванням, свердлінням. Наприклад, зробити з будівельного гіпсу декоративну ліпнину або вази під старовинний фарфор.

У будівельній справі суміші з акрилу і гіпсу використовуються для виготовлення облицювання стін з гіпсоблоку і формування чорнової основи наливних підлог, що самовирівнюються.

Поліуретановий гіпсоматеріал

Використання нетканих поліуретанових полотен і волокон зі спеціально обробленою поверхнею дозволило створити принципово новий матеріал для виготовлення іммобілізующих пов’язок, джгутів і накладок, які фіксують кінцівки і частини тіла при важких травмах.

На відміну від целлокастового гіпсу, поліуретановий гіпсоматеріал володіє високою міцністю і достатньою гнучкістю виливки, щоб знизити дискомфорт від його використання. Поліуретановий матеріал отримують із будівельного за допомогою спеціальної процедури пересіву меленої маси та виділення найбільш крупного зерна одного розміру. В результаті переробки чорнової маси будівельного гіпсу виходить виливок з великими порами, що забезпечують вільний доступ повітря до тканин тіла.

Білий гіпсовий камінь

Будівельний гіпс служить сировиною для виготовлення так званих білих або стоматологічних гіпсоматеріалів. Білий колір виходить за рахунок глибокого очищення вихідної сировини, видаляються оксиди сірки, сульфати важких металів, заліза, органічні домішки, зазвичай забарвлюють будівельний гіпс у сірувато-бежевий колір.

З білого тонкомолотого каменю виготовляють суміші для формування відбитків, необхідних для подальшого протезування або лікування.

До відома! Білий гіпс, як правило, забезпечує дуже високі характеристики відбитка, тому його нерідко використовують для виготовлення ливарних форм ювелірних виробів. У форму з будівельного гіпсу ллють деталі вагою розміром не менше 3г.

Дрібнозернистий гіпс

Зменшення розмірів зерна будівельного гіпсу здатне істотно поліпшити дві основні його характеристики:

Збільшується міцність матеріалу під впливом згинаючих навантажень;
Вища гнучкість виливків невеликої товщини.

Виливок на основі α-гіпсового зерна тонкого помелу здатний показати міцність в 350-400 кг/см2. Єдине обмеження, з яким доводиться рахуватися, – це висока усадка, тому будівельний гіпс на основі дрібного зерна використовують для ремонтних робіт і виготовлення високоміцних покриттів.

До відома! З дрібнозернистого гіпсу після вакуумування і високотемпературного затвердіння суміші можна легко виготовити тонкий лист, за виглядом і властивостями практично ідентичний пакувальному картону.

Рідкий гіпсовий матеріал

Якщо замість води для замісу будівельного гіпсу використовувати спиртові гліколеві розчини, то матеріал можна досить довго зберігати в незмінному стані. Рідкий гіпсовий матеріал застосовується для виконання ремонтних і термоізоляційних робіт. Після додавання водного розчину хлориду кальцію і кухонної солі рідкий гіпс можна закачувати під тиском в тріщини стін та плит перекриття. Для ремонту фундаменту рідину використовують тільки в комплексі з полімерними смолами, наприклад, поліуретанами.

Водостійкий гіпсокамінь

При всіх своїх достоїнствах звичайний будівельний гіпс залишається досить чутливим до впливу вологи або конденсату. Вологостійкий матеріал ГКВЛ виготовляють з використанням термореактивних полімерних порошків, а іноді і просто тонкоподрібненого полістиролу, що додаються в сухий будівельних гіпс на етапі формування плити.

Після затвердіння будівельні плити піддають термообробці, і матеріал набуває водостійкі якості.

Вогнетривкий блок

Термостійкий або навіть вогнетривкий гіпсоблок в промислових масштабах виготовляють на основі звичайного будівельного гіпсу і вогнестійких добавок.

До відома! Якщо необхідний будівельний гіпс по класу Г1 пожежної безпеки, то складну суміш можна замінити тонкомолотим кварцовим піском, правда, нагрів вище 600С такий гіпсовий камінь не витримає.

Архітектурний

Найчастіше під будівельним гіпсом для архітектурних робіт передбачають модифікований поліуретановими волокнами або полістеролом звичайний формувальний гіпс. Це відносно м’який матеріал, і з нього можна без особливих проблем зробити макет або відлити найпростіші елементи ліпнини.

Справжній архітектурний гіпс для будівельних робіт виготовляється на основі гіпсового каменю, підданого випалу при температурі 800-1000оС. Виходить дуже твердий в’язкий будівельний гіпс, погано вбирає воду. Якщо витримати технологію приготування замісу, вийде гіпсовий виливок з дуже твердою і одночасно зносостійкою поверхнею.

На відміну від побратима архітектурного гіпсу, з якого в даний час майстри люблять збирати оздоблення у стилі XVII століття, справжня ліпнина для зовнішніх стін відливалася з висококласного будівельного гіпсу. Різниця вражає. Полістирольний камінь стоїть від сили 10 років, старий розжарений гіпс в умовах вологого клімату витримав без малого дві сотні років.

Марки гіпсових сумішей

В процесі виробництва термооброблену масу після помелу фракціонують по щільності і розміру частинок. У відповідності з ДСТУ матеріал ділять на чотири групи або дванадцять марок.

До першої відносять рядові гіпсові матеріали Г2-Г7, міцністю 20-70 кг/см2, друга група – малоусадочні суміші Г10, Г13-16. Третя група – високоміцні Г22-25, до четвертої відносять гіпсові суміші зі спеціальними властивостями, наприклад, вогнестійкі або високопористі блоки і камені.

Властивості будівельного гіпсу

Звичайний гіпсовий блок, використовуваний для будівельних цілей, являє собою високопористу масу, об’єм повітряних каналів може досягати 50-55%. Щільність каменю з будівельного гіпсу становить 2,6-2,75 г/см3, для насипної маси 900-1000 кг/м3 в пресованому, але неотвержденому стані, будівельна суміш може ущільнюватися до 1400 кг/м3.

Сухий твердий гіпсокамінь легко витримує нагрівання до 450-500С, через 100-120 хв після початку теплового впливу поверхня починає відшаровуватися до поступового руйнування. Теплопровідність гіпсоблоку становить 0.259 ккал/м град/год при кімнатній температурі.

Ступінь помолу

Зрозуміло, що чим дрібніше зерно кальцієвого ангідриду, тим швидше відбувається водопоглинання і більше гідравлічних зв’язків утворюється між окремими зернами будівельного гіпсу, тим міцніше і твердіше стає гіпсовий камінь.

Міцність на стиск і вигин

Межа міцності для будівельного гіпсу першої категорії визначається, як 55 кг/см2. Друга категорія після завершення процесу затвердіння повинна витримувати статичне навантаження на рівні 40 кг/см2. Приблизно через чотири години затверділий будівельний камінь після підсушування повинен витримувати до 200 кг/см2.

Нормальна густота, колір або водогіпсовое відношення

Кількість води, необхідна для утворення внутрішніх зв’язків між зернами, залежить від хімічного складу. Для α-гіпсу на основі напівгідрату потрібно 35-38% води від ваги будівельного гіпсокаменя, для більш слабкого в’язкого β-напівгідрату, з якого виробляється основна частина будівельного гіпсоматеріалу, необхідно 50-60% водного розчинника.

Густота гіпсової суміші на перших хвилинах відповідає шпалерному клею, через 10 хв. це вже густа сметана, та ще через 5 хв. – в’язка, крихка маса. Введенням добавок на основі ВЖК, квасцових гелів або навіть вапна густоту можна стабілізувати, а загальне водоспоживання будівельного матеріалу знизити на 10%.

Армування гіпсових плит та блоків

Незважаючи на внутрішню однорідність застиглої гіпсової маси, міцність блоків і плит на вигин вважається недостатньою. Особливо складно працювати з тонкими плитами і листами. Найчастіше падіння будівельного гіпсового облицювання зі стіни на підлогу означає руйнування і розкол матеріалу.

Будівельні гіпсові блоки армуються поліефірним рубаним волокном, тонколисті панелі зміцнюються введенням скловолокна і розпушеної целюлози.

Гіпс як в’яжучий матеріал

Суха гіпсова суміш має високу водовбирну здатність, наприклад, полугідратний α-гіпс має поверхню до 6000 см2/г, а більш слабка β-модифікація – в два рази більше. Невелика кількість гіпсової суміші 3-5%, доданої у вапняний або цементний розчин, може збільшити в’язкість на 15%.

Відносно простий і ефективний спосіб корекції в’язкості будь-якого будівельного розчину, але варто враховувати, що процес водопоглинання розвивається в прогресії, тому залишкова в’язкість суміші буде сформована не раніше ніж через 15 хвилин після добавки матеріалу.

Схоплювання гіпсу

Високомарочний гіпс володіє високою швидкістю затвердіння, на практиці для свіжевипаленого будівельного матеріалу першої категорії процес схоплювання повинен початися вже через 4 хвилини після розведення водою.

Для гіпсового матеріалу другої категорії процес затвердіння за стандартом повинен починатися не раніше ніж через 6 хвилин. Зрозуміло, що через поглинання водяної пари повітря гіпс, навіть будучи ретельно упакованим у водонепроникну оболонку, втрачає активність, тому нормативами на гіпсовий матеріал граничний час початку твердіння обмежений 30 хвилинами.

Все, що понад те, вже вважається непридатним для використання. Загальний час схоплювання від початку замісу до переходу в твердий стан не повинно перевищувати 12 хв.

Час схоплювання будівельного гіпсу обмежений відрізком часу-3 години. Виняток становить ангідридний цемент, для якого граничний термін встановлений в 24 год.

Якщо будівельний гіпсоблок набирає хорошу міцність вже через 3-4 год, в залежності від температури і умов замісу, то для ангідридного гіпсового розчину граничний термін встановлений і для цементно-піщаних сумішей, 28 діб. Зразок з затверділого ангідридного гіпсового в’яжучого повинен витримувати навантаження на стиск 50-150 кг/см2.

Твердіння гіпсу

Процес зв’язування води і набору міцності будівельним гіпсом може супроводжуватися розширенням твердіє маси. Чим більше в складі ангідриду в розчинній формі, тим більше ступінь розширення. Наприклад, полугідрат здатний збільшити розмір на 0,5%, а для β-модифікації матеріал виливка збільшується на всі 0,8%.

Це призводить до самоузміцнення будівельної маси, але не дуже зручно, якщо потрібно витримати максимальну точність зліпка, тому з ефектом борються з допомогою добавок 1% вапна. У процесі висихання будівельний гіпс дає усадку, тому кам’яні маси великої товщини завжди навантажені внутрішніми напругами.

Будівельний гіпс: застосування

Високий ступінь універсальності і дуже проста технологія приготування стали причиною величезної популярності гіпсового каменю. Матеріал чудово обробляється, ріжеться, свердлиться, клеїться. При цьому в масі будівельного каменю практично немає процесів старіння і деградації, як у пластику або полімер-мінеральних плит.

Гіпсоблоки і гіпсокартонні листи стали одним з найбільш затребуваних варіантів облицювання стін в житлових приміщеннях. По-перше, висока пористість гіпсу дає можливість регулювати вологість природним чином. По-друге, будівельний гіпс володіє хорошою звукоізоляцією і низькою теплопровідністю.

Матеріал легко фарбується і штукатуриться, при необхідності за допомогою воскової мастики стіни можна зробити вологонепроникними для води і конденсату, але відносно прохідними для водяної пари.

Приготування суміші

Процес приготування гіпсового розчину починається з просіювання сухої суміші через сито, краще всього використовувати ДК0355, це приблизно 400 отворів на квадратному сантиметрі. Далі необхідну кількість води підігрівають до 40С і виливають у ємність міксера. Гіпс додають малими порціями у воду, і тут же кельмою розбивають тонку плівку, що утворилася на водній поверхні.

В теорії міцність виливки будівельного гіпсоблоку залежить від консистенції замісу. Чим густіше розчин, тим менше розмір пір і кристалів ангідриду. При надлишку води кристали швидко збільшуються в розмірах, що призводить до інтенсивного пороутворення.

Зберігання матеріалу

Єдиний надійний спосіб якісно зберігати сухий гіпсовий матеріал – це використовувати скляні банки з кришкою. Сухий прожарений гіпс можна застосовувати для осушення ємностей або підлоги, але для відновлення початкових якостей матеріал необхідно розкислити водним розчином сірчаної кислоти, видалити прожарюванням воду і повторно змолоти в пил до розмірів зерна 0,01-0,003 мм.

Промислова поліетиленова упаковка забезпечує надійне зберігання сухої суміші тільки протягом перших двох місяців. Сухі штукатурки на основі гіпсового матеріалу в паперових мішках після розкриття повинні бути використані протягом 3-х днів.

Замінник гіпсу

Єдиним матеріалом, здатним замінити будівельний гіпс, прийнято вважати алебастр, як у чистому вигляді, так і з добавками вапна або полімерних емульсій. Сухе вапно в кількості до 1% потрібно вносити на етапі підготовки будівельної суміші до замісу.

Чим відрізняється гіпс від алебастру

Обидва матеріали є продуктом випалення природного сірчаного ангідриду, але через велику кількість домішок оксиду заліза та оксиду алюмінію матеріал алебастру виходить з невеликим рудуватим відтінком.

На відміну від гіпсу, алебастр схоплюється за 3-5 хв, тому будь-які виливки з алебастрового каменю володіють високою твердістю поверхні. Алебастр гірше сприймає механічні навантаження і дає високу ступінь розширення з подальшою усадкою.

Для різних варіантів використання будівельного матеріалу можна рекомендувати наступні пропорції. Для пластичного ліплення -1:1,5, форми під лиття металу замішують з водою 1:1, для ліпнини гіпсовий порошок змішують з водою 56:44.

В будь-якому разі активність і міцність гіпсового порошку падає в процесі зберігання, тому перед формуванням основного виробу буде правильним зробити пару тестів з різним співвідношенням води і сухої суміші.