Гипс служит исходным материалом в растворах, предназначенных для выполнения полых форм со скульптурного оригинала. В этих формах отливают тождественные оригиналу копии из бронзы, фарфора и других материалов, либо из гипса (детали лепного архитектурного декора). Гипс входит в состав ганча и стукко, хорошо поддается тонировке и раскраске.
4.3. Алебастр
Алебастр – это мелкозернистая, тяжелая разновидность гипса (сульфата кальция, то есть извести), в естественном виде снежно-белого цвета, полупрозрачен, используется как поделочный или облицовочный камень. Его можно окрашивать или делать непрозрачным путем нагрева. На протяжении столетий алебастр использовали для изготовления статуй, ваз, подсвечников, сосудов.
Сегодня гипсовый камень (алебастр) используется в основном как сырье для производства гипса. Продукт измельчения гипса β-модификации в тонкий порошок до или после обработки называется строительным гипсом или алебастром.
4.4. Минеральные вяжущие и материалы на их основе
Минеральные вяжущие – это тонко измельченные минеральные порошки, образующие при смешивании с водой пластичную массу, которая при затвердевании переходит в камневидное состояние.
Различают две группы минеральных вяжущих:
1) воздушные – при перемешивании с водой твердеют только на воздухе (гипсовые, воздушная известь, магнезиальные);
2) гидравлические – после смешивания с водой твердеют и на воздухе и в воде (цементы, гидравлическая известь).
4.4.1. Гипс
Гипс получают из природного гипса (гипсовый камень или алебастр) – светлый минерал, по химическому строению является двуводным сульфатом кальция CaSO4—2H2O. На производстве гипсовый камень подвергают измельчению и обжигают, происходит потеря воды. Образовавшиеся после обжига куски перемалывают в порошок.
4.4.2. Известь
Известь получают из известняка – горных пород, состоящих из карбоната кальция CaCO3. Известняк обычно светлого цвета. Его также измельчают и обжигают. При сохранении прежнего объема вес уменьшается в два раза. Куски после обжига перемалывают в тонкий порошок.
Такие порошки, лишенные воды, при смешивании с последней связывают ее и твердеют. При твердении воздушных вяжущих образуются соединения, растворимые в воде. Поэтому изделия из извести и гипса надо защищать от действия влаги. Гидравлические вяжущие твердеют и становятся нерастворимыми в воде.
Скорость схватывания (потеря пластичности и достижение минимальной структурной прочности) гипсового теста 4–5 мин., окончание схватывания – 10–15 мин., твердение – через 90 мин.
4.4.3. Магнезиальное вяжущее
Магнезиальное вяжущее – минеральное вяжущее, состоящее в основном из солей магния MgCl26H2O. Состав и свойства этого вяжущего были описаны еще в середине ХIХ века французским инженером Сорелем, положившим начало его применению в строительстве. Уникальность магнезиального вяжущего заключается в сочетании его высоких вяжущих свойств и совместимости практически с любыми видами заполнителей, в том числе органического природного и искусственного происхождения.
Магнезиальное вяжущее получают из природных пород (каустический магнезит), в составе которых значительное количество карбоната или гидроксида магния (магнезит, доломит). Они подвергаются обжигу и затворяются бишофитом (водным раствором магниевых солей – сульфатом или хлоридом магния MgCl26H2O, является продуктом кристаллизации солей замкнутых водных бассейнов). Образуется пластическая масса, обладающая вяжущими свойствами (магнолит).
4.4.4. Свойства магнолита
Свойства магнолита зависят от наполнителей.
1) механическая прочность при сжатии, на уровне самых высокопрочных бетонов, (а при изгибе прочность превосходит бетоны в 3–5 раз без использования дополнительных армирующих материалов), а также короткие сроки ее набора. Кроме того, это наиболее прочный из всех известных теплоизоляционных строительных материалов на минеральных вяжущих при равной с ними плотности;
2) атмосферостойкость на уровне большинства традиционных строительных материалов;
3) абсолютная маслостойкость и солестойкость (при воздействие масел, нефтепродуктов, морской воды магнолиты только набирают прочность);
4) декоративность, то есть возможность достоверно имитировать многие природные материалы (от дерева до малахита), чему способствует совместимость с различными пигментами, отличная полируемость, прозрачность вяжущего в тонком слое;
5) пожаробезопасность – при достаточной массивности конструкции из магнолита выдерживают пожар 5-й категории без деструкции материала и выделения каких-либо канцерогенных веществ;
6) фунгицидность, бактерицидность и биоцидность, что не позволяет развиваться грибкам и бактериям, а горько-соленый вкус бишофита препятствует также появлению насекомых и грызунов;
7) низкая диэлектрическая проницаемость и электропроводность, стабильная во времени и мало зависящая от влажности окружающей среды;
8) поверхности конструкций из магнезита не электризуются и исключают образование искр;
9) магнезиальные напольные покрытия беспыльны, практически не имеют усадки, т. е. устраиваются сплошным покрытием без нарезки деформационных швов;
10) высокая твердость и низкая истираемость;
11) долговечность и высокая прочность;
12) устойчивость к ударным нагрузкам;
13) высокая адгезия практически ко всем видам органических и минеральных заполнителей в составе вяжущего;
14) хорошее сцепление к бетонным, кирпичным, деревянным основаниям;
15) хорошие консервирующие свойства;
16) значительное количество химически связанной воды в магнезиальном цементном камне делает магнолит лучшим из существующих бетонов для биологической защиты от радиационного поражения;
17) биологическая инертность, то есть экологическая безопасность.
Современные технологии позволяют делать из магнолита практически все, что изготавливается из цемента и бетона: стеновые материалы, конструкционные брусы, пеномагнолитовые блоки с фасадной облицовкой под кирпич или колотый камень, разнообразные половые покрытия, детали интерьера. Следует отметить, что в домах из магнолитовых конструкций создается благоприятный для человека микроклимат, сочетающий в себе достоинства деревянного дома и соляной пещеры, оказывающей бальнеологический эффект для больных астмой и другими аллергическими заболеваниями. Однако для широкого внедрения магнезиального вяжущего в строительную практику сегодня потребуется время.
4.5. Цемент
Цемент (нем. zement от лат. caementum – щебень, битый камень), собирательное название искусственных неорганических порошкообразных вяжущих материалов, обладающих способностью при взаимодействии с водой, с водными растворами солей или другими жидкостями образовывать пластичную массу, которая со временем затвердевает и превращается в прочное камневидное тело; один из главнейших строительных материалов, предназначенных для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления отдельных элементов (деталей) сооружений, гидроизоляции и др. Его применяют для производства бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий. Изготовляют цемент на крупных механизированных и автоматизированных заводах. Его называют гидравлическим, поскольку набор прочности и затвердевание происходит в воде. Цемент называют минеральным, поскольку исходные материалы, используемые для его получения, минеральной природы (горные породы или продукты их выветривания).
Римляне подмешивали к извести определенные материалы для придания ей гидравлических свойств.
Это были:
– пуццоланы (отложения вулканического пепла Везувия),
– дробленые или измельченные кирпичи,
– трасс, который они нашли в районе г. Эйфеля (затвердевшие отложения вулканического пепла).
Несмотря на различия, все эти материалы содержат в своем составе оксиды: диоксид кремния SiO2 (кварц или кремнекислота), оксид алюминия Al2O3 (глинозем), оксид железа Fe2O3 – и вызывают взаимодействие с ними извести; при этом происходит присоединение воды (гидратация) с образованием в первую очередь соединений с кремнеземом. В результате кристаллизуются нерастворимые гидросиликаты кальция. В средние века было случайно обнаружено, что продукты обжига загрязненных глиной известняков по водостойкости не уступают римским пуццолановым смесям и даже превосходят их.
Основные материалы и сырье для производства цемента это:
– известняк,
– глина,
– гипс,
– гранулированные шлаки (граншлак),
– колчеданные огарки,
– уголь.
Для изготовления цемента сначала добывают известняк и глину из карьеров. Известняк (приблизительно 75 % количества) измельчают и тщательно перемешивают с глиной (примерно 25 % смеси). Также в качестве сырья используются некоторые промышленные отходы (металлургические шлаки, золы ТЭС, вскрышные породы и т. п.).
