Гипсобетон и гипсобетонные изделия

Бетон, в составе которого в качестве вяжущего применяются гипсовые вяжущие, называется гипсобетоном. Для уменьшения расхода вяжущего и уменьшения деформации изделий при сушке в формовочную массу вводятся органические или неорганические заполнители. Но, как правило, заполнители в той или иной степени снижают механическую прочность гипсобетонных изделий.

Все органические заполнители – древесная стружка, опилки, древесная шерсть, костра, торф, солома, камыш и т.п. – в большей степени, чем минеральные, снижают прочность изделий на сжатие (особенно солома или костра). Положительное значение введения органических заполнителей состоит в том, что они значительно улучшают теплотехнические свойства гипсовых элементов и их гвоздимость, а волокнистые материалы (стружка, шерсть, бумага) увеличивают, кроме того, эластичность плит, их прочность на удар и излом. Однако введение этих заполнителей, даже в малых дозах, увеличивает водопотребность гипсовой смеси на 15-20%, что соответственно удлиняет процесс сушки изделия и резко снижает (на 20-50%) прочность на сжатие. Кроме того, ухудшаются звукоизоляционные свойства, что нежелательно для таких видов изделий, как перегородочные плиты и панели.

Неорганические заполнители – песок, золы, шлаки и др. – обуславливают значительно лучшие показатели физико-механических свойств гипсобетона. При их применении в меньшей степени снижается механическая прочность гипсовых элементов и выше атмосферостойкость стеновых элементов.

Такие минеральные заполнители, как щебень и гравий, сильно увеличивают объемный вес и хрупкость изделий и существенно ухудшают их теплозащитные свойства. При выборе минерального заполнителя предпочтение следует отдавать заполнителям с шероховатой поверхностью, так как гипс с ними сцепляется лучше. Наилучшими являются легкие заполнители – котельные шлаки, пемза, туфы, керамзитовые щебень и гравий. С применением топливных шлаков могут быть получены гипсобетоны с пределом прочности при сжатии 50-100 кг/см² при плотности 1300-1600 кг/м³.

Для получения качественных гипсобетонных изделий необходимо, чтобы шлак был относительно чистым, т.е. без примесей земли, камней и щепы. Количество несгоревших частиц угля не должно превышать 20%. Нежелательной примесью в шлаках является непогашенная известь. Для улучшения качества шлака рекомендуется выдерживание его на открытом воздухе не менее 2 месяцев.

Величину зерна заполнителя выбирают в зависимости от размеров отдельных элементов, с тем, чтобы щебенка полностью обволакивалась раствором. Следует полностью отсеивать пыль, мешающую нормальному обволакиванию заполнителя раствором, а также шлаковую мелочь (до 2 мм), в которой, как правило, находится много несгоревших частиц угля. Фракций шлака мельче 5 мм рекомендуется применять не свыше 25-30% общего количества заполнителей.

Объемный вес шлаков колеблется в широких пределах – от 650 до 1100 кг/м³. Высокую прочность показывают гипсобетонные изделия на шлаках донецких и печорских углей, наименьшую – изготовленные с применением шлаков подмосковных углей.

Введение пемзы способствует получению высококачественного гипсобетона, так как она обычно не содержит вредных примесей, а имеющиеся в ней поры сообщают изделию высокие теплоизоляционные свойства. Однако применение пемзы как заполнителя целесообразно лишь в районах, расположенных вблизи разработок пемзы. Объемный вес пемзы колеблется от 300 до 800 кг/м3, а коэффициент теплопроводности – от 0,12 до 0,2 ккал/м·град·ч.

При введении вулканических туфов получают гипсобетон с более высоким объемным весом, чем при пемзовом заполнителе.

Состав гипсобетонов подбирают на основе экспериментальных данных с учетом активности вяжущего и качества заполнителей, заданной марки гипсобетона и особенностей применяемого формовочного оборудования. Примерные составы гипсобетонов и их основные свойства приведены в таблице.

Примерные составы гипсобетонов

Методы формования подразделяют на формование из масс жидкотекучей консистенции и из жестких или полужестких масс. В первом случае водогипсовое отношение составляет 0,6 и выше, во втором она колеблется в пределах от 0,35 до 0,5.

Формование по способу литья из масс жидкой консистенции применяется преимущественно при изготовлении изделий из чистого гипса. Чаще же всего применяют жесткие и полужесткие гипсобетонные массы, обладающие малой подвижностью; при использовании таких масс применяют способы формования – с вибрацией, прессованием, трамбованием, прокатом.

Вибрация допускает применение водогипсового отношения 0,35-0,4 при изготовлении чисто гипсовых элементов и 0,45-0,5 при изготовлении гипсобетонных деталей со шлаковыми заполнителями.

Прессование позволяет формовать из массы с меньшим количеством воды, чем при вибрации. Расход воды затворения может быть принят близким к теоретическому.

Трамбование гипсобетонных изделий способствует значительному повышению их прочности. Прочность трамбованных образцов в 1,5-2 раза превышает прочность литых изделий.

С экономической точки зрения производство вибрированных гипсошлаковых изделий более целесообразно, чем производство литых изделий, так как при этом значительно меньше расходуется гипса на 1 м3 бетона и топлива на сушку. В то же время метод литья высокопроизводительный и малотрудоемкий.

Независимо от того, формуются ли изделия из чистого гипса или из гипсобетонной массы, в состав которой кроме вяжущих входят различные заполнители. Обязательным условием является тщательное смешение всех компонентов массы с водой. Во время этого технологического процесса должно быть обеспечено смачивание частиц гипса водой для последующей более полной их гидратации, а также равномерное распределение и обволакивание вяжущими зерен или волокон заполнителя. Необходимо также, чтобы готовая перемешанная масса сохраняла свои пластические свойства и в момент формования из нее изделий, так как при использовании внешних воздействий (прессование, вибрация и др.) после того, как начался процесс схватывания гипса, произойдет нарушение связей между образующимися кристаллами двуводного гипса и резкое падение прочности формуемого изделия.

После окончания формования необходима быстрая кристаллизация и отвердение изделия для того, чтобы обеспечить быстрейшее извлечение их из форм и тем самым повысить оборачиваемость и производительность формовочного оборудования.

Для регулирования сроков схватывания гипсовой и гипсобетонной массы вводят различные добавки.

Приготовление гипсобетонных смесей в бетономешалках лучше вести в два приема: вначале смешать воду с гипсом, а затем гипсовое тесто с заполнителем. Если в качестве заполнителя используются шлаки или кирпичный бой, то их следует предварительно насытить водой, а мелкие частицы размером менее 2 мм отсеять.

Металлическая арматура в гипсобетонах корродирует, поэтому, если возникает особая необходимость в ее применении, обязательно предусматривают антикоррозионную защиту (например, покрытие арматуры битумным лаком или другой обмазкой). В качестве арматуры в гипсобетонных изделиях чаще всего используются местные материалы: отходы древесины, штукатурная дрань, солома и др. Влажность этих материалов, поступающих в производство, должна быть не ниже 30-35%.

Технико-экономические исследования и опыт эксплуатации построенных зданий свидетельствуют об их высокой технико-экономической эффективности. Стены из гипсобетонных панелей по сравнению с кирпичными в 1,5-2 раза дешевле, в 2-2,5 раза легче и в 1,5-2 раза эффективнее по термическому сопротивлению. При комплексном применении указанных гипсобетонных изделий снижается стоимость 1 м2 жилой площади на 20% и в 4-5 раз уменьшается потребность в рабочей силе на строительной площадке. Удельные капитальные вложения на организацию производства гипсобетонных изделий снижаются в 1,5-2 раза.

В 1959 г. по предложению А.К.Смирнова в Латвийской ССР начато производство и применение гипсоорганических строительных деталей [1].

Строительные детали из гипса на органических заполнителях различают по конструктивному назначению:
а) для наружных и внутренних стен – стеновые блоки;
б) для перегородок – перегородочные плиты;
в) для чердачных и межэтажных перекрытий – плиты наката.

По показателям предела прочности при сжатии образцов кубов с размерами ребра 7 см гипсоорганические растворы и бетоны делятся на марки: 70, 50, 35, 20, 15, 8.

Физико-механические свойства гипсоорганических бетонов

Чаще всего в Латвийской ССР применялись строительные детали следующих размеров:
а) стеновые блоки - 50х50х25 см, весом до 70 кг;
б) перегородочные плиты - 50х50х12,5 см, весом до 32 кг;
в) плиты наката шириной 40 см, толщиной 15 см и весом до 50 кг с двумя деревянными армирующими рейками.

В качестве вяжущего вещества для приготовления строительных деталей из гипсоорганических смесей применяют строительный гипс. Заполнителем для гипсоорганической массы служат: древесные опилки хвойных и смешанных пород, стружки от механической обработки древесины, дробленая древесина (обрезки досок, горбыль, крупные порубочные остатки и др.) с крупностью кусков после дробления не более ¼ толщины детали, сечка костры льняной или конопляной, соломы, камыша или осоки длиной не более 50 мм. Лучшие результаты дает заполнитель с влажностью не более 15%. Применяемая деревянная арматура должна иметь влажность не менее 35%. Для регулирования сроков схватывания гипсобетона применяют замедлители схватывания гипса.

Гипсоорганический бетон приготовляют в следующем порядке: предварительно перемешивают гипс и заполнитель, затем их смешивают с водой, в которую введено необходимое количество замедлителя схватывания. Гипсоорганическую массу перемешивают в смесительных агрегатах периодического или постоянного действия. Строительные детали формуют в металлических или деревянных разборных формах, в которых можно изготовить несколько однотипных строительных деталей. Перед сборкой формы очищают от налипшей гипсоорганической смеси и смазывают мыльно-керосиновой эмульсией.

Гипсоорганические бетоны уплотняют ручным способом с помощью металлических трамбовок или механизированным способом с применением вибраторов. Во всех случаях бетонную смесь накладывают в форму слоем 15-17 см и уплотняют до появления на поверхности гипсового молока, после чего в форму насыпают следующий слой и так до полного заполнения формы. Особенно тщательно уплотняют бетонную смесь вдоль лицевых поверхностей и по наружным ребрам изделий. Верх изделия выравнивают и заглаживают кельмой. Формы распалубливают через 35-40 минут после затворения водой гипсоорганической смеси. Готовые изделия направляют на склад и укладывают в штабель в три яруса с расстоянием между изделиями не менее 5 см. При хранении изделия должны быть защищены от атмосферных осадков.

В отдельных случаях готовые изделия направляют на искусственную сушку, при этом температура теплоносителя не должна превышать 100 °С.

При монтаже стен из гипсоорганических блоков по их верхней горизонтальной поверхности расстилают слой свежеприготовленного гипсоорганического раствора и немедленно устанавливают возможно плотнее друг к другу несколько блоков под рейку и по отвесу. Из этого же раствора заполняют вертикальные каналы между блоками примерно на треть высоты с уплотнением трамбовками. После получения новой порции свежего раствора монтируют следующую группу блоков. Через 30-40 минут после установки блоков, когда гипсоорганический раствор в горизонтальных швах и вертикальных каналах предыдущего ряда блоков схватится, заполняют свежим раствором с уплотнением трамбовкой остальную часть вертикальных каналов и шпаклюют швы.

Внутреннюю отделку помещений делают в любое время года при положительной температуре. При точных геометрических размерах гипсоорганических строительных деталей и тщательном монтаже из этих блоков и плит конструкций стен и перегородок, последние нуждаются лишь в тонком слое покрытия толщиной 3-5 мм. Внутренние поверхности стен в помещениях с относительной влажностью не свыше 60% штукатурят гипсоизвестковоорганическим раствором состава 1:1:3 (гипсоизвестковое тесто:опилки). Опилки для приготовления штукатурного раствора отсеивают на сите с ячейками 5 мм. Стены ванных комнат, кладовых и других сырых помещений покрывают цементно-песчаным раствором толщиной 10 мм. После высыхания оштукатуренных внутренних поверхностей их окрашивают обычными клеевыми или масляными (в сырых помещениях) красками.

Наружные поверхности стен чаще всего не штукатурят, а окрашивают, но иногда покрывают гипсоизвестковым песчаным раствором состава 1:1:3. Для лучшего сцепления раствора с поверхностью гипсоорганических строительных деталей последние специально обрабатывают (процарапывая борозды в различных направлениях).

Наружные и внутренние стены из гипсобетона можно белить известковым раствором, изготовленным по рецепту А.Г.Панютина: 18 кг извести-кипелки затворяют малым количеством воды, чтобы получить интенсивный разогрев известкового порошка; в порошок добавляют 0,75 кг натуральной олифы. Смесь в металлической посуде выдерживают двое суток, а затем разбавляется водой. Этого количества достаточно для побелки 100 м² поверхности.

Литература
1. Крутов П.И., Цуканов Ю.С. Гипс и гипсовые изделия в сельском хозяйстве. М., 1971
2. Волженский А.В. Минеральные вяжущие вещества. М., Стройиздат, 1986.