Vlastnosti, výroba, aplikace stavební sádry.

Sádra vznikla vypařováním starověkého oceánu asi před 150-200 miliony let. V přírodě se vyskytuje ve formě sádrovce, který se nachází v útrobách země.

Archeologové nacházejí sádrové stavby na území moderního Egypta, Izraele a Malé Asie. Je známo, že lidé o jeho existenci věděli a dovedně ho využívali i při stavbě staroegyptských pyramid. Z Egypta se tajemství výroby sádry rozšířilo na ostrov Kréta a odtud do starověkého Řecka – největší stavební říše.

Na Krétě byly vnější stěny paláce krále Knóssu vyrobeny ze sádrového kamene a spáry byly vyplněny sádrovou maltou. Brzy se ve starověkém Římě objevila výroba sádry. Jak Římská říše dobývala evropské země, šířily se informace o použití sádry ve stavebnictví, dekoracích a výrobě domácích potřeb. Po pádu impéria se však všechna tajemství jeho výroby ztratila. Obnoveno bylo až v 11. století našeho letopočtu. Prastaré sádrové potěry a zdivo měly překvapivě mimořádnou pevnost, tvrdost a odolnost, srovnatelnou s moderním betonem. Tajemství spočívalo v tom, že plniva a pojiva byly vyrobeny ze stejného materiálového složení. Jemnost mletí a neuvěřitelně nízký poměr vody a sádry (pouze 0,4!) jsou dalším důvodem vysoké pevnosti starověkých sádrových konstrukcí.

V dnešní době je hustota sádry a její pevnost zcela jiná, mnohem nižší než ve starověku.

Druhy sádry

Sádra je první pojivová látka získaná člověkem. Stavební minerální pojivo je práškovitá hmota, která se po smíchání s vodou mění v plastickou, pružnou hmotu a postupně tvrdne do kamenného stavu.

Základ každé konstrukce tvoří pojiva. Používají se pro výrobu stavebních řešení a desek.

Sádrové pojivo je uměle vyrobené pojivo vyráběné vypalováním. Skládá se z hemihydrátu sádry, který se tepelným zpracováním (105-200°C) mění na dihydrát:

CaSO0,5*2HXNUMX —> CaSOXNUMX+XNUMXHXNUMX

Stavební sádra může být přírodního i průmyslového původu.

Získává se jak z přírodní sádrovce, tak z chemického odpadu. Účelem operace je odstranění vody (dehydratace) ze sádrové kompozice při zvýšení teploty. Lidstvo objevilo tento jednoduchý způsob jeho získávání asi před 20 tisíci lety. Lidé si všimli, že po vypálení se sádra proměnila v prášek a po dešti se zase proměnila v kámen.

V závislosti na způsobu výroby může být sádra α nebo β modifikace.

Pro čištění a získání vysoké pevnosti sádrové α-modifikace Surovina se zahřívá v autoklávech bez přístupu vzduchu pod tlakem na teplotu 95-130° a po kapkách se odstraňuje voda. Výsledná polovodná sádra se vyznačuje vysokou pevností a kvalitou. Vysoká cena a složitost jeho výroby však ovlivňuje jeho nákladovou cenu.

β-modifikace sádry získané v otevřených pecích při vyšších teplotách 150-180°C. Dihydrát sádry se zahřívá, voda se mění v páru a při výstupu ze suroviny vytváří obrovské množství drobných pórů, které výrazně zhoršují její kvalitu. Drcený sádrovec β-modifikace se nazývá stavební sádra nebo alabastr. Formovací sádra je sádra β-modifikace s jemnějším mletím, lékařská sádra je sádra vyrobená z kvalitních čistých surovin s jemným mletím.

Rozdíl mezi alfa a beta modifikovanou sádrou je pouze ve způsobu výroby a dosaženém výsledku.

Alabastr – je druh přírodní zrnité sádry s jemnější strukturou zrna. Alabastr je klasifikován jako stavební sádra, ale ne všechny granulované sádry lze považovat za alabastr.

Alabastr je rychle tvrdnoucí pojivo obsahující hemihydrát síranu vápenatého CaSO4 • 0,5H2O. Patří k β-modifikované sádrovce, protože se vyrábí v otevřených pecích.

Anhydrit – je bezvodá sádra přírodního původu. Vyznačuje se dlouhým tuhnutím a tvrdnutím a obsahuje bezvodý síran vápenatý CaSO₄ a aktivátor tuhnutí CaO.

Estrich-sádrovec získaný vypalováním přírodního sádrového kamene při t°=800-950°C. Další látkou při jeho disociaci je oxid vápenatý CaO, který působí jako aktivátor tuhnutí anhydritu.

V důsledku vypálení se získá dihydrát sádry, který má ve srovnání s běžnou sádrovcem zlepšené vlastnosti:

— Snížená spotřeba vody o 30–35 % oproti obvyklým 50–60 %;

— Dlouhá doba tuhnutí: začíná nejdříve za 2 hodiny;

— Nejvyšší pevnost 10-20 MPa po 28 dnech.

Na přelomu XIX-XX století. Estrichová sádra se používala k získání podkladu pro čistou podlahu, zednické práce a výrobu umělého mramoru.

Sádrová pojiva – jedná se o látky na bázi polovodné sádry nebo anhydritu, kterým se říká vzduchová pojiva.

V závislosti na způsobu výroby jsou rozděleny do tří skupin:

• I pojiva, která při výrobě procházejí tepelným zpracováním: α nebo β modifikace, hemihydrát vápenatý a rozpustný anhydrit.
• II pojiva bez tepelné úpravy: přírodní anhydrit.
• III pojiva z první nebo druhé skupiny, která jsou smíchána s dalšími složkami.

Zástupci skupin I a II jsou neodolní vůči vlhkosti (NMR), většina zástupců skupiny III jsou vlhkost odolná pojiva (MRB).

Pojiva získaná tepelným zpracováním se zase dělí na nízké a vysoké palby.

1. Do první skupiny patří látky získané při t°=120-180°C:
   stavební sádra včetně alabastru, tvarovaná, vysokopevnostní, lékařská sádra. Mají nízkou pevnost a rychlé tuhnutí.
2. Vysoce vypálená pojiva zahrnují pojiva získaná při t°=600-900°C:
   anhydritový cement, sádrovec a dokončovací cement. Vyznačují se vysokou hustotou, pevností a pomalým tuhnutím.

Vlastnosti stavební sádry

Sádra má širokou škálu vlastností, podle kterých ji lze klasifikovat.

Stupeň broušení

Stupeň mletí je jednou z nejdůležitějších charakteristik pro klasifikaci sádry. Vyrábí se ve třech typech a určuje se procentuálním poměrem zbytku po prosátí přes síto o velikosti buněk 0,2 mm.

Pevnost v tlaku a ohybu

Pro stanovení pevnosti sádry se 40 hodiny po formování testuje její vzorek – trám o rozměrech 40x160x2 mm. Existuje 12 jakostí podle GOST 125-79 (ST SEV 826-77), jejich pevnost se pohybuje od 2 do 25 MPa pod tlakem (minimální limit).

Potřeba vody sádrovce

Nejdůležitějším ukazatelem „pevnosti“ sádry je její potřeba vody (poměr hmotnosti vody k hmotnosti pojiva) při její výrobě, která se vyjadřuje v procentech. Pro získání standardní konzistence (normální hustoty) sádrového pojiva metodou odlévání při tvarování sádrových výrobků se použije 60-80 % vody na hmotnost stavební/tvarovací sádry a 35-45 % na hmotnost vysokopevnostní sádry.

K získání sádrového pojiva β-modifikace je zapotřebí 18,6 % vody. Přebytečná voda tvoří ve výsledné kompozici drobné póry. Po ztuhnutí hmoty se voda odpaří a zbývající póry v sádrových výrobcích tvoří 50-60% celkového objemu. Pórovitost sádry výrazně zhoršuje její vlastnosti a snižuje její pevnost, proto je třeba usilovat o snížení množství vody při míchání sádry.

Pro snížení potřeby vody ve hmotě se do jejího složení přidávají změkčovadla (ředidla), která zlepšují plasticitu a pohyblivost pojiva, přičemž pevnostní charakteristiky zůstávají nezměněny. Uveďme nejznámější změkčovadla: glukózu, melasu, dextrin, hydrogenuhličitan sodný, Glauberovu sůl, sulfitovo-alkoholové výpalky aj. Výsledné materiály se nazývají sádrové polymery. Používají se například k výrobě cihlový půdní styl (sádrové obklady), jejichž široký sortiment je prezentován v našem internetovém obchodě. Zde si můžete vybrat a zakoupit sádrové cihly a 3D sádrokartonové panely.

0,1% roztok chloridu vápenatého při vaření sádrového kamene příznivě ovlivňuje jeho vlastnosti, snižuje nároky na vodu a zvyšuje rychlost tuhnutí sádry.

Sádrová pojiva by neměla být dlouhodobě skladována venku, protože se výrazně mění jejich kvalitativní vlastnosti. Ztráta potřeby vody vede k jejich umělému stárnutí, které zkresluje výsledky standardních testů.

Někdy se pro snížení spotřeby vody a zvýšení pružnosti a pevnosti těsta zahájí zvlhčování párou s ne více než 5 % vody z celkové hmoty. Neměli byste to však zneužívat a udržovat sádrové pojivo v blízkosti páry déle než 3 měsíce, protože to vede ke ztrátě jeho vlastností.

Hořlavost

Výrobky ze sádry nehoří, nepodporují hoření, zpomalují ohřev díky přítomnosti pórů a při vysokých teplotách také uvolňují vodu.

Mrazuvzdornost

Sádrové pojivo vydrží více než 15-20 cyklů zmrazování a rozmrazování.

Výztuž

Dřevo a jeho deriváty dobře přilnou k sádrovce a slouží jako spolehlivá výztuž na rozdíl od kovu, který v neutrálním prostředí podléhá silné korozi díky schopnosti sádry absorbovat vlhkost.

Nastavení omítky

Podle rychlosti tuhnutí se také sádra dělí do tří skupin: rychle tvrdnoucí (A), normálně tvrdnoucí (B) a pomalu tvrdnoucí (C). Dobu vytvrzování určuje přístroj Vicat.

Rychlost tvrdnutí sádry ovlivňuje mnoho faktorů: značka sádry, teplota vody a její množství, jemnost mletí. Je nutné přesně vypočítat množství vody, protože její malé množství vede k rychlému vytvrzení, špatnému míchání a získání velkého objemu. Přebytečná voda ovlivňuje pevnost a odolnost materiálu.

Teplota vody také ovlivňuje rychlost nastavení. Pro rychlejší vytvrzení hmoty se doporučuje použít studenou vodu.

Ke zpomalení procesu tuhnutí se používají různé složky: kyselina boritá, borax, lepidlo na dřevo, sulfitovo-alkoholové výpalky (SAL), technický lignosulfonát (TLS), polymerní disperze, zpomalovač keratinu.

Vytvrzovací reakce sádry

Reakce přeměny plastické hmoty ze sádry do pevného stavu spočívá v přechodu hemihydrátu sádry na dihydrát:

CaSO0,5*2HXNUMX —> CaSOXNUMX+XNUMXHXNUMX

Po smíchání polovodné sádry s vodou se rozpustí a vytvoří roztok a okamžitě hydratuje. Dihydrát sádry se změní na sraženinu a molekuly hemihydrátu sádry pokračují v reakci rozpouštění a přeměny na dihydrát atd. Po ukončení reakce, po 1-2 hodinách, je výsledkem produkce krystalické odnože z molekul dihydrátu sádry. Významnou část výsledných krystalů tvoří voda, která se po vysušení odpaří a vytvrzená sádra se 1,5-2x zpevní.

Hlavním důvodem přítomnosti volné vody v tvrdé sádře je to, že k její hydrataci je potřeba pouze 20 % vody a k získání sádrové pasty je zapotřebí 50-60 %. Tento rozdíl 30-40 % vody je pro výrobce bolestí hlavy. Právě zbylá vlhkost tvoří ve vzniklé sádře póry a nadměrná pórovitost mění její vlastnosti k horšímu.

Způsob získání α-modifikace tento problém částečně vyřešil, protože potřeba vody u získané sádry klesla a činila 30-40 %. Polovodná sádrovec α-modifikace je klasifikován jako vysoce odolný, je méně porézní, tvrdší a má sníženou potřebu vody. Ale kvůli vysoké ceně a obtížnosti výroby se nerozšířil.

Výroba stavební sádry

Jako surovina pro výrobu stavební sádry se používá buď přírodní sádrovec nebo sádrový odpad z chemického průmyslu.

Přírodní sádrový kámen má vzorec Ca₂SO₄*2H₂O (dihydrát sádry) plus nečistoty: SiO₂, Al₂O4, Fe₂O2. Má XNUMX stupně v závislosti na obsahu síranu vápenatého (Ca₂SO₄*XNUMXH₂O):

Průmyslový odpad obsahující sádru se také aktivně používá k výrobě stavební sádry, například fosfosádrovec, fluorosádrovec, borosádrovec atd.

Ca5(PO4)3F + H2SO4 → H3PO4 + HF + CaSO4 * nH2O

Pro získání sádrového pojiva ze surovin je nutné jej nejprve dehydratovat (odštěpení molekul vody), což jsme již podrobně popsali při získávání α a β modifikací.

Schematicky to vypadá takto:

V praxi se v průmyslu používají vyšší teploty a v závislosti na podmínkách a stupni ohřevu se získává polovodný síran vápenatý modifikací α nebo β, α a β rozpustný anhydrit a nerozpustný anhydrit.

Výrobci používají více β-modifikovaného hemihydrátu, a to i přes jeho vyšší potřebu vody a nižší pevnost. To je způsobeno jednodušší technologií a nižšími náklady.

Vzorec pro získání hemihydrátu:

2(CaSO4 * 2H2O) => 2CaSO4 * H2O + 3H2O

Stejná reakce, vyjádřená konvenčněji:

CaSO4 * 2H2O => CaSO4 * 0,5 H2O + 1,5 H2O

Protože ve skutečnosti je pro získání hemihydrátu nutné použít vyšší teploty, než je nutné, stavební sádra obsahuje rozpustný a nerozpustný anhydrit, což vede ke změnám vlastností sádry:

Přepálená stavební sádra se časem stává ještě lepší a pevnější, zatímco nedopálená sádra dělá opak: déle tuhne a ztrácí pevnost.

Obsah rozpustného a vlhkého anhydritu sádry ve stavební sádrovce urychluje proces tuhnutí, protože anhydrit se okamžitě rozpouští a stává se dihydrátem a surová sádra se mění na shluk krystalů.

K získávání stavební sádry se používají rotační pece, varné kotle (nejběžnější varianta), vypalovací a mlecí zařízení.

V závislosti na typu operace je výrobní proces rozdělen do několika fází:

1. Sádrovec se drtí pomocí kladiva nebo čelisťového drtiče;
2. Mele se a suší v šachtovém mlýně;
3. Zahřívání ve varné konvici nebo autoklávu;
4. Otupělost;
5. Přebroušení v kulovém mlýně.

Oblasti použití sádry:

• Konstrukce a dokončovací práce. Používá se jako spojovací, vyrovnávací a dokončovací materiál. Používá se k výrobě sádrovláknitých desek, sádrokartonu a sádrových kamenů. Vyrábí stavební směsi.
• Výroba akustických panelů
• Bezpečnost. Použití jako nehořlavý nátěr na kovové konstrukce.
• Chirurgie a stomatologie. Sádra se používá k vytváření odlitků čelistí a přikládání sádrových obvazů v případě zlomenin.
• Keramika a design. K vytvoření forem na plnění figurek se používá pálená sádra. Vyznačuje se zvýšenou pevností a spolehlivostí.
• Sochařství, architektura. Výroba basreliéfů, říms, štukových detailů, bust a plastik.

Masová výroba a spotřeba sádry pokračuje, protože je obtížné najít univerzálnější, levnější a praktičtější materiál.

Sdílejte tento článek na sociálních sítích: