Существует множество заблуждений относительно применения рассматриваемого вещества. Одно из наиболее распространенных связанно с его названием. Действительно, марьино стекло получило такое наименование из-за того, что его использовали для облицовки икон, что подчеркивает его историческое значение в декоративных искусствах.
Строительный гипс: описание, виды, свойства, фото
Строительный гипс — это вяжущее вещество, которое образуется из гипсового камня или его отходов, а также отходов химической промышленности. Обжиг гипсового камня приводит к отделению химически связанной воды, и в зависимости от температуры обжига получаются различные формы гипса. Например, при температуре 100 градусов Цельсия начинается образование полугидратного гипса, который при смешивании с водой восстанавливается до дигидратной формы сульфата кальция. Это уникальное свойство гипса, которое было открыто людьми примерно 20 тысяч лет назад, позволило им создавать различные конструкции, такие как очаги из гипсового камня. Под воздействием дождя сухой обожженный гипс снова превращался в камень, напоминая о его природных свойствах. В древних шумерских и вавилонских клинописях находят упоминания о гипсе и его разнообразных применениях в строительстве и искусстве.
Доступность гипсового сырья, простота технологии его переработки и значительно низкая энергоемкость производства (в 4–5 раз ниже, чем для получения портландцемента) делают гипс весьма дешевым и привлекательным вяжущим материалом для строительства.
История применения гипса
Гипс является одним из древнейших и наиболее универсальных минеральных вяжущих материалов. В Малой Азии гипс активно использовали для декоративных целей уже за 9 тысяч лет до нашей эры. На территории Израиля в ходе археологических раскопок обнаружили полы, покрытые гипсом, датируемые 16 тысячами лет назад. Также гипс находился в употреблении в древнем Египте, где его применяли при строительстве знаменитых пирамид. Знания о технологии получения строительного гипса из Египта распространились на Крит, где во дворце царя Кноссоса наружные стены были построены из гипсового камня, а стыки в кладке заполнялись гипсовым раствором.
Далее, сведения о гипсе через Грецию распространились в Рим, и оттуда знание о гипсе дошло до центральной и северной Европы. Особенно мастерски гипс использовали во Франции. Однако после того, как римляне были вытеснены из центральной Европы, знания о производстве гипса оказались утрачены в регионах, находящихся севернее Альп.
Возрождение использования гипса началось лишь с XI века, когда благодаря монастырям вновь начали активно применять технологии, по которым пустоты внутри фахверковых зданий заполняли смесью гипса с сеном или конским волосом. В раннем средневековье в Германии, особенно в Тюрингии, гипс применялся для стяжек пола, кладочных растворов, а также для создания декоративных изделий и памятников. В Саксен-Анхальте сохранились остатки гипсовых полов, относящихся к XI веку.
Кладка и стяжки, выполненные в тот период, обладают исключительной долговечностью и прочностью, сравнимой с прочностью нормального бетона. Эта особенность гипсовых растворов того времени заключалась в том, что вяжущие и наполнители имели идентичные материалы. Наполнителями служил гипсовый камень, измельченный до круглых, непластикулированных зерен. После затвердевания раствора образовывалась прочная структура из дигидрата сульфата кальция.
Не менее интересной особенностью средневековых гипсовых растворов является высокая тонкость помола гипса и крайне низкая водопотребность. Соотношение воды к вяжущему не превышает 0,4. В таких растворах содержится малое количество воздушных пор, что придаёт плотность смеси на уровне примерно 2,0 г/см³. В отличие от более поздних гипсовых растворов, которые имеют значительно большую водопотребность, средневековые растворы характеризуются высокой прочностью и меньшей плотностью.
Определение и основные характеристики
Строительный гипс представляет собой природный минерал из группы сульфатов. Его химическая формула выглядит как CaSO4·2H2O, что указывает на то, что он является гидратом сульфата кальция. Поскольку в молекуле гипса присутствуют два атома воды, его иногда также называют диаквасульфатом кальция.
Мелкокристаллическая структура гипса с высоким содержанием пор обладает как положительными, так и отрицательными качествами: с одной стороны, это обеспечивает лёгкость и устойчивость материала к высоким температурам, с другой стороны — снижает прочность и влагостойкость. Оптимальная пористость гипсовых изделий после их отверждения составляет около 40-60%. При превышении этой пористости изделия становятся менее прочными и могут легко ломаться. Пористость напрямую зависит от количества воды, использованного при замешивании раствора.
Удельный вес гипса варьируется в диапазоне 2,6-2,75 г/см³. Плотность в рыхлом состоянии составляет 800-1100 г/м³, а при уплотнении может достигать 1450 кг/м³.
Что представляет собой строительный гипс с внешней стороны? Внешне это порошок с мелким помолом, который обычно белого или сероватого цвета, иногда с желтоватым или розоватым оттенком. Запах гипса довольно слабый, но при добавлении воды он может становиться более выраженным.
Когда гипс смешивается с водой, он превращается в жидкий раствор, представляющий собой серую массу с характерным специфическим запахом. После высыхания изделия из гипса приобретают белый или светло-серый цвет, а их поверхность становится гладкой на ощупь.
Гипс обладает множеством преимуществ, которые делают его поистине уникальным строительным материалом.
- Экологичность и натуральность. Гипс является полностью натуральным материалом, который в настоящее время добывают традиционными методами. Это делает его более экологически чистым по сравнению с любыми современными строительными материалами.
- Способность улучшать микроклимат. Доказано, что в помещениях, отделанных гипсовыми элементами, даже в условиях жары или дождя дышится легче. Это объясняется тем, что застывший гипсовый раствор обладает способностью к влагообмену: при повышенной влажности он впитывает избыточную влагу, а при её недостатке — отдает обратно в атмосферу.
- Отзывчивость к реставрации. В отличие от таких материалов, как стекло, кожа, древесина, камень или металл, гипс можно полностью восстановить. При тщательно выполненных реставрационных работах гипсовые изделия могут выглядеть как новые, даже если им исполнился уже целый век. То есть, попытаться восстановить утраченные элементы фарфоровой или каменной чашки так, чтобы они выглядели как новые, будет практически невозможно. Однако гипсовые изделия после ремонта не имеют заметных следов работы мастера.
- Безграничные возможности декора. В руках опытного мастера гипс легко принимает любую форму, позволяя создавать скульптуры и другие декоративные элементы с высоким уровнем детализации. Его можно окрашивать, патинировать и покрывать различными составами, придающими блеск и другие визуальные качества. Более того, гипс не подлежит усадке, и поэтому готовый декор будет сохранять свой первоначальный вид столько времени, сколько этого пожелает его владелец.
Селени́т — это морфологическая разновидность минерала гипс, который отличается характерным параллельноволокнистым строением агрегатов. В англоязычных источниках термин «селени́т» (Selenite) используется для обозначения всех прозрачных кристаллов и агрегатов гипса.
Разновидности минерала
Гипс обладает заметной растворимостью в воде, и его уникальная особенность заключается в том, что растворимость увеличивается с повышением температуры, достигая максимума при 37-38 градусах Цельсия, после чего растворимость начинает резко уменьшаться. Особенно сильно это сокращение проявляется при температурах свыше 107 градусов, когда образуется полугидрат (CaSO4 × 1/2H2O).
При температуре 107 градусов Цельсия гипс частично теряет воду, превращаясь в белый порошок, известный как алебастр (2CaSO4 × H2O), который также довольно растворим в воде. Благодаря меньшему количеству гидратных молекул, алебастр при полимеризации не дает усадку, что приводит к увеличению объема примерно на 1%. Под высокой температурой он также теряет воду, расщепляется и превращается в белую эмаль. При обожжении на угле он образует CaS. В воде, подкисленной серной кислотой (H2SO4), он растворяется значительно лучше, чем в чистой воде, однако при концентрации H2SO4 свыше 75 г/л его растворимость резко падает, а в соляной кислоте (HCl) растворяется очень слабо.
Формы нахождения
Гипс характеризуется образованием различных сростков, таких как «розы» и двойники, известные как «ласточкины хвосты». Этот минерал формирует прожилки параллельно-волокнистой структуры (селенит) в глинистых осадочных породах и плотные сплошные мелкозернистые агрегаты, внешне напоминающие мрамор (алебастр). Кроме того, может встречаться в виде земляных агрегатов и скрытокристаллических масс и даже входить в состав цемента песчаников.
Примеры псевдоморфозов гипса по кальциту, арагониту, малахиту, кварцу и другим минералам довольно распространены, также как и псевдоморфозы других минералов по гипсу.
Происхождение
Гипс — это широко распространенный минерал, который образуется различными способами в природных условиях. Он относится к осадочным породам, формируется как типичный морской хемогенный осадок, и образуется также в низкотемпературных гидротермальных условиях. Гипс часто находится в карстовых пещерах и сольфатарах. Он может осаждаться из насыщенных сульфатами водных растворов, особенно как результат испарения морских лагун и соленых озер. Эти процессы приводят к образованию плит, прослоев и линз гипса среди осадочных пород, часто в ассоциациях с ангидритом, галитом, целестином, самородной серой, а порой и с битумами или нефтью. Гипс формируется осадочным путем в соленосных отмирающих бассейнах озер и морей, причем наряду с NaCl он выделяется лишь в начальных стадиях испарения, когда концентрация других растворенных солей еще не так высока.
При достижении определенной концентрации солей, таких как NaCl и особенно MgCl2, вместо гипса начинают кристаллизоваться ангидрит и более растворимые соли. Таким образом, можно утверждать, что гипс в таких бассейнах возникает в числу более ранних химических осадков. Во многих соляных месторождениях пласты гипса, вместе с ангидритом, располагаются в нижних частях слоев, переслаиваясь с пластами каменной соли, и часто подстилаются лишь химически осажденными известняками.
Значительные объёмы гипса в осадочных породах образуются в результате гидратации ангидрита, который в свою очередь образовался в процессе испарения морской воды. Иногда гипс образуется сразу в результате этого процесса. Гидратация ангидрита в осадочных отложениях происходит под влиянием действия поверхностных вод в условиях пониженного внешнего давления (обычно до глубины 100-150 метров) по реакции: CaSO4 + 2H2O = CaSO4 × 2H2O. Это приводит к значительному увеличению объёма (до 30%) и, как следствие, к образованию многочисленных местных нарушений условий нахождения гипсосодержащих слоев. Так возникло множество крупных месторождений гипса на нашей планете.
Кроме того, гипс может играть роль цемента в осадочных породах. В частности, жилый гипс нередко образуется в результате реакции сульфатных растворов, возникающих при окислении сульфидных руд, с карбонатными породами. Он встречается в осадочных породах также в результате выветривания сульфидов, когда серая кислота, образующаяся при разложении пирита, влияет на мергели и известняковые глины. В полупустынных и пустынных областях гипс часто обнаруживается в виде прожилков и желваков в коре выветривания самых разнообразных по составу горных пород. В почвах аридной зоны формируется ряд новообразований, таких как одиночные кристаллы, двойники («ласточкины хвосты»), друзы и «гипсовые розы».
Гипс довольно хорошо растворим в воде, его растворимость достигает до 2,2 г/л. При этом с повышением температуры его растворимость сначала растет, а выше 24 градусов Цельсия начинает уменьшаться. Это свойство позволяет гипсу осаждаться из морской воды, отделяясь от галита и образуя самостоятельные пласты. В условиях полупустынь и пустынь, где воздух сухой и температуры резко изменяются в течение суток, при испарении влаги ночью гипс растворяется и поднимается в капиллярных растворах, откладываясь на поверхности Земли. К вечеру, когда температура понижается, кристаллизация прекращается, однако из-за нехватки влаги кристаллы не растворяются, что приводит к образованию крупных скоплений гипса в этих областях.
