Твердение гипса

Схватывание и твердение α- и –β модификаций гипса полугидрата обусловлены переходом их при взаимодействии с водой в двугидрат по уравнению CaSO4 ∙ 0,5H2O + 1,5H2O = CaSO4–2H2O.

По теории твердения Ле Шателье (1887 г.), при смешении с водой полуводный гипс растворяется с образованием насыщенного водного раствора. В растворе он взаимодействует с водой и переходит в двуводный. Так как растворимость полугидрата в воде, считая на CaS04, составляет около 8 г, а равновесная растворимость двугидрата около 2 г на 1 л, то раствор становится перенасыщенным по отношению к двугидрату. Поэтому в жидкой фазе возникают условия для образования зародышей кристаллов двуводного гипса и выделения их из раствора. Это, в свою очередь, вызывает уменьшение концентрации полугидрата в жидкой фазе и создает возможность для растворения новых порций этого вещества и образования перенасыщенного раствора CaSO4∙2H20.

По мере выделения из раствора все новых и новых количеств CaSO4∙2H20 кристаллики его растут, переплетаются, срастаются и обусловливают схватывание и твердение исходной смеси гипса с водой. Нарушение структуры твердеющего гипса после начала его схватывания приводит к резкому снижению его прочности.

По теории А. А. Байкова (1992 г.), процессы твердения полуводного гипса можно разделить на три периода.

В первый период, начинающемся с момента смешения гипса с водой, растворяется полугидрат и образуется его насыщенный раствор. Во втором периоде вода взаимодействует с CaSO4∙0,5H20Это приводит к возникновению двуводного гипса в виде высокодисперсных кристаллических частичек и к образованию коллоидной массы в виде геля, что сопровождается схватыванием массы. В третей период коллоидные частички CaSO4∙2H2О перекристаллизовываются с образованием более крупных кристаллов, что сопровождается твердением системы и ростом ее прочности.

По А. А. Байкову, эти периоды не следуют строго один за другим. Они налагаются так, что в твердеющей массе одновременно протекают процессы коллоидообразования, характерные для второго периода, и процессы перекристаллизации в более крупные частички.

По данным П. А. Ребиндера и Е. Е. Сегаловой, гидратация полуводного гипса идет по схеме Ле Шателье с образованием кристаллизационной структуры. При этом рост прочности системы обычно заканчивается несколько раньше полного перехода полуводного гипса в двуводный. Прекращение роста прочности или даже понижение ее в конечной стадии гидратации гипса объясняется частичным разрушением структуры под влиянием внутренних напряжений, возникающих в процессе направленного роста кристалликов, спаянных между собой контактами срастания и образующих сплошную кристаллизационную структуру затвердевшего гипса.

Быстрое схватывание полуводного гипса является в большинстве случаем положительным его свойством, позволяющим быстро извлекать его изделия из форм, Однако в ряде случаев быстрое схватывание нежелательно.

Для регулирование сроков схватывания в гипс при затворении вводят различные добавки.

По механизму действия В.Б.Ратинов разделяет добавки для регулирования сроков схватывания вяжущих веществ, в том числе и гипсовых на 4 класса. Первый класс – это добавки, изменяющие растворимость вяжущих веществ и не вступающие с ними в химические реакции. Схватывание гипса ускоряется, если эти добавки, например, NaCL, KCL, и др., усиливают растворимость полугидрата в воде, и, наоборот оно замедляется, если добавки (, С2Н5ОH и др.) снижают его растворимость. Некоторые при одних концентрациях в растворе увеличивают растворимость полугидрата и, следовательно, являются ускорителями, а при других, уменьшая растворимость, являются замедлителями. Второй класс – вещества, реагирующие с вяжущими веществами с образованием труднорастворимых или малодиссоциирующих соединений. Добавки этого класса (для гипса – , др.) образуют на поверхности полугидрата защитные пленки труднорастворимых соединений, в результате чего схватывание гипса замедляется. Третий класс - вещества, являющиеся готовыми центрами кристаллизации. Для гипсовых вяжущих таковыми являются CaS·2, CaHP·2 и др. Они ускоряют их схватывание.