Физико-механические свойства гипса

В природе гипс встречается в виде двух модификаций, представляющих водную сернокислую соль кальция. Одна модификация гипса - двугидрат (CaS0₄ х 2Н₂0) - представляет собой двуводную соль, вторая - ангидрит^* - безводную соль состава CaS0₄.

^*(Ангидрит, алебастр (гипсовый камень) и селенит (волокнистый гипс) применяются как скульптурные материалы для различных изделий декоративно-прикладного искусства и художественных поделок.)

Ангидрит встречается реже и часто совместно с двугидратом. Природный гипс образовался в различные геологические периоды, причем в одних случаях он является продуктом выделения из перенасыщенных растворов морской воды или рапы соляных озер, в других же случаях - продуктом целого комплекса химических процессов, происходящих в земной коре. Так, например, в местах, где одновременно залегает серный колчедан и углекислый кальций, первый, окисляясь, образует серную кислоту, которая при взаимодействии с углекислым кальцием выделяет гипс.

Из группы природных сульфатов двуводный гипс является самым распространенным минералом и относится к осадочной породе. Гипс содержит 79,05% сернокислого кальция и 20,95% кристаллизационной воды.

Для приготовления формовочного гипса гипсовый камень (CaS0₄х2Н₂0) обжигают при температуре 140-170°. При обжиге из гипсового камня выделяется вода и он разлагается на полугидрат (CaS0₄х0,5Н₂0). При затворении водой гипс снова переходит в двуводный (CaS0₄х2Н₂0), для чего требуется 18,6% воды от веса полуводного гипса^*.

^*(В 1768 году Лавуазье указал на то, что твердение гипса основано на соеди нении сернокислого кальция с водой.)

Гипс - довольно мягкий материал и легко чертится ногтем даже при слабом нажиме: по шкале твердости Мооса гипс занимает второе место после талька, твердость ангидрита 2,5-3,5. Природный гипс химически чистым почти не встречается, в процессе образования кристаллы гипса включают в себя различные примеси в виде глины, песка, углекислого кальция и др. От вида примесей зависит и окраска природного гипса, который сам по себе бесцветен. Гипс бывает окрашен то в желтоватый, то в кремовый, то в бурый и другие теплые тона.

Гипс очень незначительно растворим в воде, и его растворимость зависит от температуры воды. Наибольшей растворимостью гипс обладает при температуре воды от 32 до 41 °С. Полугидратный гипс очень бь 1Стро схватывается (твердеет), вследствие чего для удобства работы с ним часто приходится вводить замедлители, но эти добавки в подавляющем большинстве снижают механическую прочность скульптуры. Так, прибавление к полугидратному гипсу одного процента клея (по весу гипса) для замедления схватывания с 5 до 32 минут понижает его прочность на сжатие примерно на 50-60%^*. Но большая скорость схватывания полугидратного гипса при формовании многих видов скульптуры часто является его дефектом.

^*(Прочность гипса понижается с 39 до 19 кг/см².)

Достоинством полугидратного гипса является увеличение его объема на один процент в процессе схватывания, что дает возможность воспроизвести на отливках гипсовой скульптуры все тонкости пластики, хотя иногда это свойство гипса становится его недостатком, так как бывают случаи разрыва гипсовых форм, во избежание чего гипс заводят известковым молоком.

Но, как уже указывалось, низкая механическая прочность и невлагостойкость делают этот замечательный формовочный материал не всегда полноценным для скульптуры. Поэтому нужда в высокопрочных и влагостойких гипсах для скульптуры очень велика. При большей водостойкости, морозостойкости и высокой механической прочности гипса некоторые виды гипсовой скульптуры могли бы устанавливаться на открытом воздухе, без искусственных устройств для защиты от влаги.

В зависимости от способа производства, скорости твердения и схватывания гипсовые вяжущие вещества делятся на низкообжиговые и высокообжиговые.

Гипсовые вяжущие вещества изготавливаются следующих видов: строительный, высокопрочный, высокообжиговый гипс, ангидритовое вяжущее и формовочный гипс, применяющийся для формования скульптуры.

Строительным гипсом называется низкообжиговое вяжущее вещество, состоящее в основном из полуводного гипса, получаемое обжигом природного гипса (при температуре 140-170°С) с последующим размолом и просеиванием для получения достаточно тонкого порошка.

Высокопрочный гипс является также разновидностью полуводного гипса. Для его получения гипсовый камень обрабатывают паром при давлении в 2 атм. в закрытых котлах. Отливки из высокопрочного гипса твердеют только через семь суток. Предел прочности гипсовых отливок из высокопрочного гипса при сжатии 200-400 кг/см², в то время как отливки из обычного строительного или формовочного гипса имеют предел прочности на сжатие всего до 55 кг/см².

Высокообжиговый гипс (эстрих-гипс) получают путем обжига гипсового камня при температуре 800-1000° С. Этот вид гипса твердеет на воздухе и обладает водостойкостью. Начало схватывания высокообжигового гипса наступает через 2 часа, а конец схватывания - через 8-12 часов; предел прочности при сжатии через 28 суток достигает 250-350 кг/см². Изделия из высокопрочного гипса отличаются более высокой морозостойкостью и водостойкостью.