Морфология продуктов гидратации полуводного гипса

Представление о том, что затвердевший полуводный гипс состоит из игловидных кристаллов, сложилось при исследовании разбавленных суспензий. В препаратах содержание воды в несколько десятков раз больше, чем в суспензиях, которые применяются в практике и характеризуются водогипсовыми отношениями, обычно в пределах 0,5—0,8. Изучение структурных изменений, происходящих в таких системах, связано со значительными экспериментальными трудностями. Действительно, изготовить шлиф или аншлиф из такой суспензии можно только после того, как структура уже полностью сформировалась. Исследовать подобную структуру в отраженном свете еще не удавалось, потому что получить зеркальную поверхность хорошего качества очень трудно. Продукты гидратации, которые образуются при твердении концентрированных суспензий полуводного гипса, имеют небольшие размеры — порядка нескольких микрон. Тонкие же шлифы для микроскопических исследований имеют толщину порядка 20 мк. Поэтому при рассмотрении тонкого шлифа, изготовить который также нелегко, рассматриваются по толщине 10—15 частиц, налагающихся друг на друга, что не позволяет с достаточной уверенностью судить о фактическом их взаиморасположении и о форме структурных элементов данного материала.

Нашими исследованиями установлено, что концентрированные суспензии полуводного гипса дают структуры, которые вряд ли можно считать состоящими из иголок. Во время опытов применялось несколько видов полуводного гипса: один гослабораторреактивсбыта квалификации и два заводских. Водосодержаиие концентрированных суспензий изменялось от 0,25 до 1,0. Использованы микроскопический, электронно-микроскопический и химический методы исследований.

Концентрированные суспензии изучались в виде «мазков», тонких пленок, реплик и псевдореплик, что, по нашему мнению, позволяет наиболее полно установить истинную форму продуктов гидратации полуводного гипса. При исследовании разбавленных суспензий, которые играли вспомогательную роль, готовились обычные препараты с большим количеством воды путем погружения в каплю воды нескольких зернышек полу- гидрата. Иногда разбавленные суспензии

Микроскопические исследования концентрированных суспензий показали, что продукты гидратации полуводного гипса наблюдаются в виде мельчайших частиц неопределенной формы, цепочек из таких мельчайших частиц, иголок, крупных пластинок и монолитных (рис. 1—4). Мельчайшие частицы в затвердевшем гипсовом камне наблюдались и при других исследованиях. Следует отметить, что в образцах, затворенных при В/Г=0,4 и 0,6. хранившихся в насыщенном гипсовом растворе в течение Ь— 2 лет, наблюдаются те же морфологические элементы (рис. 5).

Электронно-микроскопическими исследованиями подтверждены микроскопические данные о том, что затвердевший гипсовый камень состоит из плотных агрегатов, образованных из крупных (1— 2 мк) и мелких (0,2—0,4 мк) пластинок (рис. 6) и в меньшей мере, из игловидных кристаллов (рис. 7). Здесь следует отметить, что структура на поверхности образца (рис. 7, 8) несколько отличается от структуры внутри его (рис. 6). На поверхности частицы крупнее, так как условия их формирования в некотором отношении соответствуют росту кристаллов при большем водосодержащие особенно такое отличие проявляется при более низких В/Г (рис. 6, 7, 8). Поэтому реплики, снятые со следа, как это предлагают некоторые исследователи , не характеризуют структуру основной массы затвердевшего гипса и других вяжущих.


Как показали эксперименты, в течение 30—40 сек продуктами гидратации полуводного гипса являются только мельчайшие частицы неопределенной формы. Твердая фаза концентрированной суспензии полуводного гипса, затворенного при В/Г=0,35, представлена мельчайшими частицами овальной формы, которые часто объединены в различные цепочки. В таких препаратах (возраст суспензии 2 мин) наблюдаются и иглы. Если же исследовать твердую фазу концентрированной суспензии в воэрасте до 1 мин (рис. 1), то таких игловидных частиц не наблюдается. Появление игловидных частиц можно проследить, исследуя продукты гидратации в разбавленных суспензиях (рис. 9, 10). Через 1 мин после затворения порошка полугидрата водой видны только мельчайшие частицы и иногда встречаются единичные иглы. С течением времени (10 мин) количество иголок увеличивается, а количество мельчайших частиц уменьшается; через 30 мин гидратации полуводного гипса, наблюдаются только иголки и пластинки.

Опытами было установлено, что мельчайшие частицы содержат меньше химически связанной воды, чем двуводный гипс — в пределах 0,80—1,27 моль воды на моль сульфата кальция (см. таблицу). На возможность присутствия в продуктах гидратации полуводного гипса меньшего количества воды, чем это отвечает двугидрату, указывают также некоторые литературные данные .

Для изучения влияния морфологических изменений на прочность готовились малые образны по методике М. И. Стрелкова, которые испытывались на прочность при сжатии сразу после изготовления, а также после различного количества циклов попеременного увлажнения и высушивания в насыщенном гипсовом растворе. Высушивание производилось в течение 5—6 ч при 65—70°С. За это время почти полностью удалялась гигроскопическая вода. Затем образцы погружались на 12 ч в гипсовый раствор, и цикл высушивания и увлажнения повторялся Определение прочности таких образцов, показало, что этот показатель с течением времени понижается, как это отмечается и другими исследованиями5, причем наиболее интенсивно — для образцов. григотовленных из суспензии три В/Г — 35 и незначительно для образной . Микроскопические исследования таких образцов показали, что в них все в большей степени уменьшается количество мельчайших частиц и возрастает содержание пластин, иголок и монолитных сростков.

По мнению ряда исследователей, спад прочности гипса в подобных случаях объясняется растворением термодинамически неустойчивого контактного слоя соприкасающихся игловидных кристаллов двугидрата, в результате чего получаются отдельные несросшиеся между собой частицы двуводного гипса.

Процесс старения затвердевшего полуводного гипса происходит и при воздушно-влажных условиях хранения, но более медленно, чем при попеременном увлажнении и высушивании. Объясняется это тем, что при высушивании удаляется вся жидкая фаза и из нее полностью выделяется все растворенное в ней вещество. Поэтому процесс перекристаллизации или превращения за счет этого более мелких частиц в более крупные происходит тоже быстрее.

По результатам проведенных экспериментов механизм твердения полуводного гипса представляется следующим образом. При затворении полуводного гипса водой происходит взаимодействие, в результате которого исходные частицы превращаются вначале в частично гидратированный полугидрат. который обнаруживается в виде мельчайших частиц неправильной формы. Такие частицы растворяются и превращаются в пластинчатые и игловидные кристаллы, а в дальнейшем и в монолитные сростки двугидрата. Поскольку прочность высокодисперсных частиц выше, благодаря меньшему количеству в них дислокаций, прочность мелкозернистой структуры выше. Но так как с течением времени мелкозернистая структура превращается в крупнозернистую, прочность образцов падает. Эти процессы ускоряются при попеременном увлажнении и высушивании.