2.4. Твердение гипсовых вяжущих

Как и любое вяжущее вещество, гипс при смешивании с водой образует пластичное тесто, превращающееся вследствие ряда физических и химических процессов в камневидное тело. Эти изменения протекают постепенно и непрерывно, однако условно можно выделить следующие этапы: 1) период текучести до начала схватывания, когда масса обладает высокой подвижностью; 2) период схватывания, когда масса утрачивает подвижность, оставаясь еще достаточно пластичной, способной деформироваться под давлением внешних воздействий; 3) конец схватывания — момент, соответствующий превращению массы в камневидное тело, после которого повреждение материала приводит к потере прочности.

С химической точки зрения, твердение низкообжиговых гипсовых вяжущих (на основе α- и -модификации) происходит в результате растворения полуводного сернокислого кальция (полугидрата), появления насыщенного по отношению к полугидрату раствора, в котором протекает реакция гидратации с образованием двуводного сернокислого кальция:

CaSO₄ · 0,5H₂O + 1,5H₂O = CaSO₄ · 2H₂O.

Существует три основные теории, объясняющих механизм твердения минеральных вяжущих, в том числе и гипсовых: Ле-Шателье, Михаэлиса, Байкова. Наиболее часто твердение полуводного гипса описывают кристаллизационной теорией Ле-Шателье. Согласно этой теории полуводный гипс, обладая достаточно высокой растворимостью в воде (8 г/л), присоединяет воду в растворе и превращается в двуводный гипс, который имеет меньшую растворимость (2 г/л) и выпадает в виде осадка из раствора. При этом раствор по отношению к полуводному гипсу вновь становится ненасыщенным, что вызывает растворение новых порций гипса. По мере увеличения количества кристаллов новой фазы они срастаются между собой, образуя кристаллический «сросток», являющийся основой твердеющей системы.

Академик А. А. Байков сформулировал классическую теорию твердения минеральных вяжущих, в том числе гипсовых вяжущих. Он разделил процесс твердения на три периода: 1) образование раствора, насыщенного по отношению к продуктам гидратации; 2) схватывание (период коллоидации), когда образующиеся продукты не могут растворяться в насыщенной жидкой фазе и выделяются в виде тонкодисперсных коллоидных частиц, минуя растворение. Масса теряет пластичность, но не приобретает пока прочности, так как между гидратными частицами отсутствует сцепление; 3) твердение (период кристаллизации), в течение которого происходит перекристаллизация коллоидных частиц в большие кристаллы и образование сростка. Эта теория в принципе признается большинством исследователей, хотя в механизм протекания отдельных этапов твердения внесен ряд уточнений.

Гидратация полуводного гипса — процесс экзотермический, сопровождающийся выделением теплоты (133 кДж на 1 кг полуводного гипса). Количество выделяющейся при твердении теплоты зависит от условий обжига, тонкости помола, состава и условий твердения массы.