Лабораторная работа № 4
СТРОИТЕЛЬНЫЙ ГИПС
Общие сведения
Строительный гипс получают в результате термической обработки при температуре 150…170 °С природного гипсового камня, измельченного в порошок до или после этой обработки.
При низкообжиговой технологии в интервале указанных температур происходит частичная дегидратация двуводного гипса по реакции
CaSO4·2H2O = βCaSO4·0,5H2O + 1,5Н2О.
Кроме реакционно-способного полуводного сульфата кальция гипсовое вяжущее содержит примеси глины, кварца, которые ухудшают качество вяжущего вещества.
Твердение гипсовых вяжущих веществ согласно теории А.А. Байкова происходит следующим образом:
– на первом, подготовительном этапе частицы полугидрата при затворении водой начинают растворяться с поверхности до образования насыщенного раствора, одновременно начинается гидратация полуводного гипса по реакции
CaSO4·0,5H2O + 1,5Н2О = CaSO4·2H2O + Q.
Многие вяжущие вещества при твердении дают усадку, что может привести к растрескиванию и снижению прочности искусственного камня. Для того чтобы уменьшить вредные последствия усадки, в растворы и бетоны вводят большое количество каменных заполнителей – песка, гравия, щебня. Гипсовые растворы и бетоны можно готовить и без заполнителей, так как гипс при твердении увеличивает свой объем до 1,0 %. Это свойство очень ценно, отлитые гипсовые изделия твердеют с уплотнением и точно передают очертания формы.
Цель работы
Изучить основные свойства гипсовых вяжущих веществ и исследовать влияние на них количества воды, взятой при затворении гипсового теста; определить марку гипсового вяжущего вещества.
Порядок выполнения работы
Сначала вся подгруппа студентов определяет нормальную густоту гипсового теста.
Затем каждое звено студентов проводит следующие испытания:
– определяет текучесть гипсового теста и изготовляет из него 3 образца-балочки размером 4х4х16 см;
– определяет сроки схватывания гипсового теста;
– испытывает образцы с определением пределов прочности при изгибе и сжатии.
При этом одно из звеньев проводит все испытания в стандартных условиях (на гипсовом тесте нормальной густоты), а также определяет тонкость помола вяжущего. Три других звена проводят испытания при величинах воды затворения, отличающиеся от нормальной густоты гипсового теста (по заданию преподавателя).
Методы испытаний
1. Определение нормальной густоты (НГ) и текучести гипсового теста
Нормальная густота и текучесть гипсового теста определяется с помощью вискозиметра Суттарда (рис. 11а), который состоит из металлического цилиндра 1 с внутренним диаметром 50 мм и высотой 100 мм, листа стекла 2 с концентрическими окружностями снизу.
Перед испытанием стекло и внутреннюю поверхность цилиндра протирают влажной тканью, цилиндр ставят в центре стекла. В чистую резиновую чашку, предварительно протертую влажной тканью, вливают воду затворения. Затем в нее в течение 2…5 секунд засыпают 300 г гипсового вяжущего вещества. Массу перемешивают ручной мешалкой в течение 30 с, начиная отсчет времени от начала затворения (всыпания гипса).
.
|
|
Рис. 11. Схема определения нормальной густоты гипсового теста
После окончания перемешивания цилиндр вискозиметра заполняют гипсовым тестом, излишки которого срезают металлической линейкой. Через 45 секунд, считая от начала затворения, или через 15 секунд после окончания перемешивания цилиндр быстрым правильным движением поднимают вертикально на высоту 15…20 см и отводят в сторону. Диаметр расплыва полученной лепешки 3 измеряют металлической линейкой сразу после поднятия цилиндра в двух перпендикулярных направлениях с погрешностью 5 мм и вычисляют среднее арифметическое.
Величина диаметра расплыва лепешки служит критерием текучести гипсового теста (рис. 11б). Нормальной густотой гипсового теста считают такую его консистенцию, при которой тесто, вытекая из цилиндра вискозиметра, расплывается в лепешку до диаметра 175…185 мм. Если диаметр не соответствует стандартному значению, то испытание повторяют с измененной дозировкой воды.
Нормальная густота выражается в процентах как отношение массы воды к массе гипсового вяжущего вещества в граммах.
По результатам испытаний строят график зависимости диаметра расплыва (текучести теста) от количества воды затворения
2. Определение сроков схватывания
Прибор Вика (рис. 12), с помощью которого определяют сроки схватывания гипса, состоит из конического кольца 8 и подвижного стержня 2 с указателем-стрелкой 4. Стержень заканчивается стальной иглой 7 и свободно перемещается вертикально в направляющих после освобождения стопорного устройства 6. Масса стержня с иглой равна 300 г. Шкала прибора 5, укрепленная на станине 1, имеет деления от 0 до 40 мм. Перед испытанием проверяют: свободно ли опускается стержень, и нулевое положение подвижной части. Для определения сроков схватывания готовят тесто из 300 г гипса, которое всыпают в воду в течение 2…5 с. Тесто перемешивают ручной мешалкой в течение 30 с, заливают в кольцо 8 прибора Вика, предварительно протертое и смазанное минеральным маслом и установленное на металлическую пластинку 9. Для удаления воздуха, попавшего в тесто, кольцо с пластинкой встряхивают. Излишки теста срезают линейкой и выравнивают поверхность. Кольцо на пластинке устанавливают на основание 1 прибора Вика под иглой 7.
Подвижную часть прибора с иглой устанавливают в такое положение, при котором конец иглы касается поверхности гипсового теста, а затем иглу свободно опускают в кольцо с тестом, отпуская винт-стопор 6. Погружение производят один раз каждые 30 с, начиная с целого числа минут. После каждого погружения иглу тщательно вытирают, а пластинку с кольцом передвигают так, чтобы игла при новом погружении попадала в другое место.
Начало схватывания определяется числом минут, истекших от момента добавления вяжущего к воде, до момента, когда игла первый раз не доходит до дна кольца на 1 мм, а конец схватывания – от начала затворения до момента, когда игла погружается в тесто не глубже чем на 1 мм.
|
|
Рис. 12. Схема прибора Вика (перед испытанием)
Марка гипсового вяжущего вещества по срокам схватывания устанавливается на тесте нормальной густоты в соответствии с техническими требованиями ГОСТ 125 (табл. 17).
Таблица 17
Классификация гипсовых вяжущих веществ по срокам схватывания
|
Виды гипсовых вяжущих веществ |
Индекс сроков схватывания |
Сроки схватывания, мин |
|
|
Начало, не ранее |
Конец, не позднее |
||
|
Быстротвердеющий |
А |
2 |
15 |
|
Нормальнотвердеющий |
Б |
6 |
30 |
|
Медленнотвердеющий |
В |
20 |
Не нормируется |
По результатам испытаний, полученным всей подгруппой студентов, строится график зависимости сроков схватывания от количества воды, взятой при затворении гипсового вяжущего каждым звеном, и делается вывод о ее влиянии на сроки схватывания гипса.
3. Определение тонкости помола
Тонкость помола гипсовых вяжущих определяют просеиванием высушенной при 50…55 ºС пробы массой 50 г через сито № 02 на приборе для механического просеивания.
Тонкость помола характеризуется остатком на сите в процентах к первоначальной массе пробы, вычисленной с погрешностью 0,1 %. За величину тонкости помола принимают среднее арифметическое двух испытаний.
Марку гипсового вяжущего по тонкости помола устанавливают с учетом технических требований ГОСТ 125 (табл. 18).
Таблица 18
Классификация гипсовых вяжущих веществ по тонкости помола
|
Виды гипсовых вяжущих веществ |
Индекс степени помола |
Максимальный остаток на сите № 02, %, не более |
|
Грубый помол |
I |
23 |
|
Средний помол |
II |
14 |
|
Тонкий помол |
III |
2 |
4. Изготовление образцов для определения прочности (марки)
и водостойкости гипсового вяжущего вещества
Для изготовления трех образцов-балочек размером 4х4х16 см отвешивают по 1200 г гипсового вяжущего вещества для каждого звена, а количество воды берут по вариантам, предлагаемым для каждого звена раздельно. Вяжущее вещество в течение 5…20 секунд засыпают в сферическую чашу с уже залитой водой, и интенсивно перемешивают ручной мешалкой в течение 60 секунд до получения однородной массы. Готовую смесь заливают в слегка смазанную минеральным маслом металлическую форму, отсеки которой наполняют одновременно.
Для удаления вовлеченного воздуха форму, заполненную гипсовым тестом, встряхивают 3…5 раз, для чего ее поднимают за торцовую сторону на высоту 8…10 мм и опускают.
После наступления начала схватывания излишки гипсового теста срезают металлической линейкой, передвигая ее по верхним граням формы перпендикулярно к поверхности образцов от их середины к краям.
Через 10…20 минут после конца схватывания образцы извлекают из формы, маркируют и хранят в помещении до испытания.
Параллельно готовят 3 образца для определения водостойкости гипсового вяжущего вещества. Образцы за 2 часа до испытания помещают в воду и затем определяют прочность по вышеприведенной методике.
Водостойкость определяют по формуле
Rсжвл
αразм = ————— ,
Rсжсух
где αразм – коэффициент размягчения, характеризующий водостойкость; Rсжвл – предел прочности водонасыщенных образцов, МПа; Rсжсух – предел прочности сухих образцов, МПа.
5. Определение марки гипсового вяжущего вещества по прочности
Через 2 часа после контакта вяжущего с водой при затворении теста, образцы-балочки, подвергаются испытанию на изгиб на испытательной машине МИИ-100 (рис. 13).
Рис. 13. Испытательная машина МИИ-100 для определения предела прочности при изгибе: 1 – станина; 2 – шкала; 3 – коромысло; 4 – рукоятка тумблера; 5 – счетчик; 6 — испытываемый образец
На рис. 14 показана схема расположения образца 3 при испытании. Образец устанавливают на опоры 1 обоймы так, чтобы направление действия нагрузки от нагружающего валика 2 прибора было параллельно слоям укладки гипсового теста.
Рис. 14. Схема испытания образцов-балочек на изгиб
Предел прочности при изгибе вычисляют в МПа как среднее арифметическое результатов испытания трех образцов одной серии. Полученные после испытания на изгиб шесть половинок балочек сразу же подвергают испытанию на сжатие.
Половинку балочки 2 помещают между двумя стальными пластинами 1 с рабочей площадью 25 см2, таким образом, чтобы направление нагрузки было параллельно слоям укладки гипсового теста (рис. 15).
Рис. 15. Схема испытания образцов-половинок балочек на сжатие
Марка гипсового вяжущего вещества по прочности устанавливается по результатам испытания образцов, изготовленных из теста нормальной густоты с учетом требований ГОСТ 125 (табл. 19).
Предел прочности при сжатии для образцов одной серии вычисляют как среднее арифметическое испытаний шести образцов без максимального и минимального результатов.
По результатам испытаний всех серий образцов строятся графики зависимости пределов прочности при изгибе и при сжатии гипсового камня от количества воды, взятой при затворении теста, устанавливается комплексная марка гипсового вяжущего по срокам схватывания, тонкости помола и прочности.
Таблица 19
Марки гипсовых вяжущих веществ по прочности
|
Марка |
Предел прочности образцов-балочек в возрасте 2 часа, МПа, не менее |
Марка |
Предел прочности образцов-балочек в возрасте 2 часа, МПа, не менее |
||
|
при изгибе |
при сжатии |
при изгибе |
при сжатии |
||
|
Г-2 |
1,2 |
2 |
Г-10 |
4,5 |
10 |
|
Г-3 |
1,8 |
3 |
Г-13 |
5,5 |
13 |
|
Г-4 |
2,0 |
4 |
Г-16 |
6,0 |
16 |
|
Г-5 |
2,5 |
5 |
Г-19 |
6,5 |
19 |
|
Г-6 |
3,0 |
6 |
Г-22 |
7,0 |
22 |
|
Г-7 |
3,5 |
7 |
Г-25 |
8,0 |
25 |
Контрольные вопросы
1. В чем выражается показатель нормальной густоты гипсового теста?
1. В размере диаметра расплыва гипсового теста в миллиметрах при его вытекании из цилиндра вискозиметра Суттарда.
2. В процентах, как отношение массы воды, взятой при затворении, к массе гипсового вяжущего,
3. В количестве воды в миллилитрах, взятой при эатворении гипса.
4. В стандартной консистенции гипсового теста, характеризуемой диаметром расплыва 175…185 мм при вытекании из цилиндра вискозиметра Суттарда.
2. Каким периодом времени характеризуется конец схватывания гипса?
1. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика noгpузится в тесто не более чем на 39 мм.
2. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика впервые не дойдет до дна кольца.
3. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика погрузится в тесто не более чем на 1 мм.
4. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика не будет погружаться в тесто.
3. К какой группе вяжущих веществ относятся гипсовые вяжущие вещества по способу (условиям) твердения?
1. К вяжущим веществам гидравлического твердения.
2. К вяжущим веществам воздушного твердения.
3. К вяжущим веществам смешанного типа твердения.
4. К вяжущим веществам автоклавного твердения.
4. Какой процесс лежит в основе производства низкообжиговых гипсовых вяжущих?
1. Термическая обработка с частичной дегидратацией.
2. Термическая обработка с полной дегидратацией.
3. Термическая обработка с полной дегидратацией и частичным разложением.
4. Термическая обработка с полной дегидратацией и полным разложением.
5. Какой процесс определяет образование прочного искусственного камня при твердении гипса?
1. Образование пространственной коагуляционной структуры из коллоидных частичек двугидрата.
2. Обезвоживание и уплотнение геля при испарении воды.
3. Экзотермическое выделение тепла при гидратации полуводного гипса.
4. Рост кристаллов двугидрата гипса и образование кристаллических сростков.
6. С какой целью для затворения гипсовых вяжущих берут воды больше, чем требуется для химической реакции гидратации?
1. Для увеличения объема теста и экономии вяжущего.
2. Для повышения плотности и прочности гипсовых изделий.
3. Для обеспечения быстрого схватывания и твердения вяжущего.
4. Для получения однородного пластичного и удобоукладываемого теста.
7. Каковы причины формирования развитой пористости в искусственном гипсовом камне?
1. Быстрое схватывание и формирование "дефектной" структуры.
2. Большое количество пузырьков воздуха, вовлеченных при затворении гипсового теста.
3. Значительная разница между количеством воды, вводимой при затворении. и количеством воды, связываемой при гидратации гипса.
4. Заметное объемное расширение гипса при его схватывании и твердении.
8. Каким периодом времени характеризуется начало схватывания гипса?
1. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика noгpузится в тесто не более чем на 39 мм.
2. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика впервые не дойдет до дна кольца.
3. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика погрузится в тесто не более чем на 1 мм.
4. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика не будет погружаться в тесто.
9. Чем характеризуют тонкость помола гипсового вяжущего?
1. Остатком на сите № 02 в % к первоначальной массе пробы.
2. Остатком на сите № 02 в граммах пробы массой 50 г.
3. Отношением массы гипса, прошедшего черва сито № 02 при просеивании к первоначальной массе пробы.
4. Количеством гипса в граммах, прошедшего через сито № 02.
10. В каком возрасте испытывают стандартные образцы для определения марки гипса по прочности?
1. Через 15 минут после конца схватывания.
2. Через 1 час после начала затворения гипса водой.
3.Через 2 часа после начала затворения гипса водой.
4. Через 28 суток после изготовления.