Где используют гипс. Гипс как строительный и отделочный материал. К ним относятся

30780 0

Введение

Материалы на основе гипса имеют различное назначение в стоматологической практике. К ним относятся:

Модели и штампики;

Оттискные материалы;

Литейные формы;

Огнеупорные формовочные материалы;

Модель — это точная копия твердых и мягких тканей полости рта пациента; модель отливают по оттиску анатомических поверхностей полости рта, и впоследствии ее используют для изготовления частичных и полных зубных протезов. Литейную форму применяют для изготовления зубного протеза из металлических сплавов.

Штампики - это копии или модели отдельных зубов, которые необходимы при изготовлении коронок и мостовидных зубных протезов.

Огнеупорный формовочный материал для изготовления литых металлических зубных протезов - это материал устойчивый к воздействию высоких температур, в котором гипс служит связующим веществом или связкой; такой материал применяется для форм при изготовлении протезов из некоторых литейных сплавов на основе золота.

Химический состав гипса

Состав

Гипс - дигидрат сульфата кальция CaS04 - 2Н20.

При прокаливании или обжиге этого вещества, т.е. нагревании до температур, достаточных для удаления некоторого количества воды, оно превращается в полугидрат сульфата кальция (CaS04)2 - Н20, а при более высоких температурах образуется ангидрит по следующей схеме:

Получение полугидрата сульфата кальция может осуществляться тремя способами, позволяющими получать разновидности гипса различного назначения. К этим разновидностям относятся: обожженный или обычный медицинский гипс, модельный гипс и супергипс; следует отметить, что эти три вида материала имеют одинаковый химический состав и отличаются только по форме и структуре.

Обожженный гипс (обычный медицинский гипс)

Дигидрат сульфата кальция нагревается в открытом варочном котле. Вода удаляется, и дигидрат превращается в полугидрат сульфата кальция, называемый также обожженным сульфатом кальция или ГЗ-полугидратом. Полученный материал состоит из больших пористых частиц неправильной формы, которые не способны к значительному уплотнению. Порошок такого гипса необходимо смешивать с большим количеством воды для того, чтобы эту смесь можно было применять в стоматологической практике, так как рыхлый пористый материал поглощает значительное количество воды. Обычное соотношение для смешивания - 50 мл воды на 100 г порошка.

Модельный гипс

При нагревании дигидрата сульфата кальция в автоклаве получаемый полугидрат состоит из небольших частиц правильной формы, которые почти не имеют пор. Такой автоклавированный сульфат кальция называют а-полугидратом. Благодаря непористой и регулярной структуре частиц, этот вид гипса дает более плотную упаковку и требуется меньшее количество воды для смешивания. Соотношение при смешивании - на 20 мл воды 100 г порошка.

Супергипс

При производстве этой формы полугидрата сульфата кальция дигидрат подвергается кипячению в присутствии хлорида кальция и хлорида магния. Эти два хлорида действуют как дефлоккулянты, препятствуя образованию хлопьев в смеси и способствуя разделению частиц, т.к. в противном случае частицы имеют тенденцию к агломерации. Частицы получаемого полугидрата по сравнению с частицами автоклавированного гипса еще более плотные и гладкие. Супергипс смешивается в соотношении - на 100 г порошка 20 мл воды.

Применение

Обычный обожженный или медицинский гипс используется как материал общего применения, главным образом в качестве основания моделей и самих моделей, поскольку он дешевый и легко обрабатывается. Расширение при затвердевании (см. ниже) не имеет существенного значения при изготовлении таких изделий. Такой же гипс применяется в качестве оттискного материала, а также в составах огнеупорных формовочных материалов на гипсовом связующем, хотя для такого использования рабочее время и время затвердевания, а также расширение при затвердевании тщательно контролируется путем введения различных добавок.

Автоклавированный гипс применяют для изготовления моделей тканей полости рта, в то время как более прочный супергипс - для изготовления моделей отдельных зубов, называемых штампиками. На них моделируют различные виды восстановлений из воска, по которым затем получают литые металлические протезы.

Процесс затвердевания

При нагревании гидрата сульфата кальция для удаления некоторого количества воды образуется в значительной степени обезвоженное вещество. Как следствие этого, полугидрат сульфата кальция способен реагировать с водой и превращаться обратно в дигидрат сульфата кальция по реакции:

Полагают, что процесс затвердевания гипса происходит в следующей последовательности:

1. Некоторое количество полугидрата сульфата кальция растворяется в воде.

2. Растворенный полугидрат сульфата кальция вновь вступает в реакцию с водой и образует дигидрат сульфата кальция.

3. Растворимость дигидрата сульфата кальция очень низкая, поэтому образуется перенасыщенный раствор.

4. Такой перенасыщенный раствор нестабилен, и дигидрат сульфата кальция выпадает в осадок в виде нерастворимых кристаллов.

5. Когда кристаллы дигидрата сульфата кальция выпадают в осадок из раствора, следующее дополнительное количество полугидрата сульфата кальция опять растворяется, и этот процесс продолжается до тех пор, пока не растворится весь полугидрат. Рабочее время и время затвердевания

Материал необходимо смешивать и заливать в форму до окончания рабочего времени. Рабочее время для различных продуктов разное и выбирается в зависимости от конкретного применения.

Для оттискного гипса рабочее время составляет всего 2-3 минуты, в то время как для огнеупорных формовочных материалов на гипсовом связующем оно достигает 8 минут. Короткое рабочее время связано с коротким временем затвердевания, так как оба эти процесса зависят от скорости реакции. Следовательно, если обычно рабочее время для оттискного гипса находится в пределах 2-3 минут, то время затвердевания для огнеупорных гипсовых формовочных материалов может изменяться от 20 до 45 минут.

Материалы для изготовления моделей имеют такое же рабочее время, как и оттискной гипс, но время их затвердевания несколько дольше. Для оттискного гипса время твердения равно 5-ю минутам, тогда как для автоклавированного или модельного гипса оно может длиться до 20 минут.

Изменение манипуляционных свойств или рабочих характеристик гипса можно получать путем ввода различных добавок. Добавки, которые ускоряют процесс затвердевания, это порошок самого гипса - дигидрата сульфата кальция (<20%), сульфат калия и хлорид натрия (<20%). Эти вещества действуют как центры кристаллизации, вызывая рост кристаллов дигидрата сульфата кальция. Вещества, которые замедляют процесс затвердевания, это хлорид натрия (>20%), лимоннокислый калий и бура, которые препятствуют образованию кристаллов дигидрата. Эти добавки также влияют на размерные изменения при затвердевании, как будет упомянуто ниже.

Различные манипуляции при работе с системой порошок-жидкость также влияют на характеристики затвердевания. Можно изменить соотношение порошок-жидкость, и при добавлении большего количества воды время затвердевания увеличится, поскольку времени для получения насыщенного раствора потребуется больше, соответственно больше времени будет нужно для выпадения в осадок кристаллов дигидрата. Увеличение времени перемешивания смеси шпателем приводит к уменьшению времени затвердевания, поскольку при этом может возникнуть разрушение кристаллов по мере их формирования, следовательно, образуется больше центров кристаллизации.

Клиническое значение

Увеличение времени перемешивания гипса шпателем приводит к уменьшению времени затвердевания и увеличению расширения материала при затвердевании.

Повышение температуры оказывает минимальное действие, поскольку ускорение растворения полугидрата уравновешивается более высокой растворимостью дигидрата сульфата кальция в воде.

Основы стоматологического материаловедения
Ричард ван Нурт

Свойства гипса

Гипс (водный сульфат кальция) - самый распро­страненный минерал, относящийся к группе сульфа­тов. Его название происходит от греческого слова gypsos. Гипс царапается ногтем и легко режется ножом. Известно несколько разновидностей гипса , используе­мых в качестве коллекционных камней, в частности мелкозернистый алебастр. Шелковистый шпат, волокнистый гипс и белый гипс обладают шелковистым блеском, их часто обрабатывают в форме кабошонов и полируют, при этом проявляется эффект «кошачьего глаза».

Мягкий селенит, который бес­цветен и прозрачен, тоже иногда подвергается огранке. Популярны сре­ди коллекционеров прекрасные «розы пустыни», двойниковые кристаллы «ласточкин хвост» и звездообразные формы.

Применение гипса

Гипс используется в производстве штукатурки, удобрений, портланд­цемента, бумаги, красок и карандашей. Он является самым распространен­ным эвапоритом - осадком, остающимся после испарения воды. Гипс, встречается в виде массивных отложений в осадочных горных породах вме­сте с известняками и сланцем. Он образуется в результате гидратации ми­нерала ангидрита.

Гипсу сопутствуют кальцит, сера, кварц, доломит, галит и глина. Иногда гипс откладывается в результате испарения соленой воды или образует на месте высохших озер мягкие полупрозрачные кристаллы. Он также встречается в виде кристаллов в глине, в виде оболочки соля­ного купола и в зонах действия вулканов. Алебастр, как плотный, так и мелкозернистый, используется для создания статуй и лепных украше­ний.

Однако ввиду чрезвычайной мягкости алебастра изделия из него лег­ко ломаются и быстро разрушаются. Как правило, алебастр полупрозрачен и окрашен в белый, розоватый или коричневатый цвет. Основные место­рождения гипса и алебастра находятся в Италии и в Англии. В Уэльсе добывают ро­зовый алебастр.

Происхождение гипса

Есть месторождения алебастра в Испании, Иране и Пакистане. «Алебастр», из которого в Древнем Египте и Древнем Риме якобы изготавливали вазы, надгробия и прочее, на самом деле мрамор (карбонат кальция). Богатые месторождения гипса есть в США (штаты Аризона, Калифорния, Юта, Колорадо, Оклахома, Нью-Мексико, Огайо, Мичиган, Вир­гиния и Нью-Йорк), в Канаде и во Франции.

Гипс как материал известен еще с древних времен, но он и до сегодняшнего дня не утратил свою популярность и востребованность. Помимо этого, даже самые новые и усовершенствованные материалы не смогли составить ему достойную конкуренцию. Применение гипса очень широкое, начиная от фарфоровой сферы деятельности и заканчивая медициной. Однако самая востребованная - это строительство.

Что собой представляет гипс как материал?

Его изготавливают из гипсового камня. Обжигают в печах разной температуры, а после переламывают до возникновения порошковой смеси. Поверхности, обработанные гипсом, могут поглощать ненужную влагу из воздуха, а также выделять ее при очень сухом воздухе. Относят данный материал к сульфатам. Существует два вида гипса : селенит и алебастр. Первый представляет собой волокна, а второй - зерна.

Какими техническими характеристиками обладает строительный гипс?

Практически все гипсовые смеси обладают похожими характеристиками. К ним относят:

1. Плотность. Строительный материал является мелкозернистой структурой. В среднем плотность варьируется от 2,6 до 2,8 г на см.

2. Период высыхания. Он схватывается буквально за считанные минуты. Опыт показывает, что на четвертой минуте после его замешивания раствор схватывается, а через 30 минут полностью затвердевает. Именно по этой причине разводить гипс необходимо по небольшим порциям, иначе он застынет, и сделать с ним уже ничего нельзя. Однако существует способ замедлить этот процесс. В раствор добавляют водорастворимый животный клей. Его использование никак не скажется на качестве гипса.

3. Удельная масса. Отношение веса равняется занимаемого гипсом объема, поэтому удельный, объемный и насыпной вес имеет практически одинаковые показатели.

4. Температура плавления. Этот материал можно нагреть до 700 градусов по Цельсию! И он не изменит свою форму или качества. Его разрушение начнется лишь спустя 6 часов беспрерывного влияния высокой температуры.

5. Прочность. При сжатии она равна 5 Мпа, а высокопрочный материал - от 10 до 50 Мпа.

6. Гипс отвечает ГОСТ , то есть государственным нормам.

7. Теплопроводность и растворимость. Он представляет собой очень слабый проводник тепла. И практически не растворяется.

Какие выделяют разновидности гипса?

1. . Применение гипса этого вида распространяется на создание гипсовых деталей и плит для штукатурных работ. Все работы с ним необходимо успевать делать за 10-20 минут, так как он очень быстро застывает. Именно за такой промежуток времени материал необходимо полностью использовать. Лишь на начальном моменте твердения гипс набирает приблизительно половину своей прочности. При затвердении на нем не появляются трещины, поэтому добавлять какие-то специальные компоненты просто нет необходимости. Но это не касается веществ, которые обеспечивают замедление твердения. Данная строительная смесь уменьшает трудность работ и материальные затраты в целом. Его добывают методом подрыва гипсосодержащей породы. После этого гипс перевозят на производственные предприятия в форме камней.

2. Высокопрочный. По своему строению и составу он практически не отличается от предыдущего вида. Однако у строительного вида кристаллы мельче, а у высокопрочного - больше, поэтому он имеет пористость меньше и огромную прочность. Производят его методом температурной обработки в специальном устройстве. Применение гипса данного вида довольно разнообразно. Из него делают разные растворы, возводят перегородки, которые не горят. Также стоит отдать предпочтение фарфоровым сантехническим устройствам, они делаются из высокопрочного гипса. Не стоит забывать и о сферах медицины, а точнее о стоматологии и травматологии.

3. Полимерный. Этот вид гипса очень популярен именно в травматологии, на его основе делают бинты, которые в дальнейшем будут использоваться для наложения повязок. К плюсам применения полимерных повязок относят: они в несколько раз легче простых гипсовых, накладываются без труда и с минимальными затратами времени, дают возможность коже дышать, ведь имеют отличную проницаемость, не поглощают влагу, с их помощью можно наблюдать за процессом сращения костей.

4. Целлакастовый гипс. Он практически такой же, как и полимерный, только его состав позволяется растягивать бинт во все стороны и по разным направлениям.

5. Структурный или формовочный. Самый экологически чистый, так как не содержит никаких добавок. Используют для создания форм для скульптур, различных статуэток, лепки и т.д. также применяется в автомобильной и авиастроительной деятельности. Он является главным элементом сухих шпаклевочных веществ. Данный вид гипса получают из строительного путем его просеивания и размалывания. Из него даже делают розетки!

6. Акриловый. Изготавливается из акриловой смолы, которая расплывается в воде. Когда полностью застынет этот вид - материал схож с простым строительным, но он более легкий. Различные декоративные лепнины - полная заслуга акрилового материала. Гипс выдерживает различную температуру, имеет маленькое влагопоглощение, поэтому его применять можно и для создания красивых и необычных фасадов здания. Работать с ним очень легко. Если в смесь добавить алюминиевую пудру или мраморную крошку, то гипс будет соответственно напоминать мрамор или металл.

7. Полиуретановый. Используется также в лепнине. По стоимости он намного выгодней, чем строительный вид. А вот по своим показателям ничем не отличается.

8. Белый гипс. Он является отличным помощником в разных ремонтных работах. Им всё приводят в порядок. Белый гипс можно совмещать с разными стройматериалами - это его основное преимущество. Застывает около 7 минут.

9. Мелкозернистый или просвечивающий. Им наполняют швы.

10. Жидкий гипс. Делают из гипсового порошка. Алгоритм изготовления состоит в следующем: 1 - подготавливают воду, 2 - насыпают в нее гипс и перемешивают, 3 - размешивают до получения жидкой субстанции.

11. Водостойкий или влагостойкий. Получают благодаря переработке материала по особому алгоритму. Для улучшения его качеств, в него добавляют барду.

12. Огнеупорный. Все гипсы не переносят огонь, но этот вид сделан из пазогребеневого гипса, который может противодействовать огромным температурам. Используют во всех сферах, особенно там, где необходимо увеличить огнеупорность.

13. Архитектурный. Он очень пластичный, и не содержит токсических элементов. Кислотность гипса данного вида одинакова с кислотностью человеческой кожи. Лепка из этого гипса очень популярна, поэтому и спрос на него возвышенный.

Может ли что-то заменить гипс?

Да, может. И этим материалом является алебастр . Его тоже знают в строительном мире, получают из двуводного гипса путем обработки высокими температурами. По внешним характеристикам они не отличаются друг от друга. Его используют, если в помещении небольшая влажность.

Отличия алебастра и гипса

1. Гипс используется во многих сферах деятельности, без ограничений, алебастр известен лишь в строительной области.

2. Если в алебастр не добавлять специальные компоненты, то 1 - он очень быстро засохнет, 2 - будет просто непригодным к использованию.

3. Гипс более экологически чистый, чем алебастр.

4. Алебастру свойственна большая прочность, чем гипсу.

Минерал, производный от кальция - его водный сульфат, который называется гипс. Он имеет много названий-синонимов: монмартит, роза пустыни, гипсовый шпат (кристаллические и листовые формы). Образец волокнистой структуры - это селенит, зернистой - алебастр. Речь пойдёт о разновидностях и свойствах этого камня, его распространённости по стране и применении в строительстве, медицине и других направлениях хозяйства.

Историческая справка

В результате произошедшего 20―30 млн лет назад испарения морей образовался гипс - минерал, который стали использовать древние цивилизации. Камень и сегодня имеет большой спрос, несмотря на появление множества современных материалов.

Произошло это почти 10 тысяч лет назад. Свидетельствами того, что в древнем Египте, Ассирии, Греции и Римском государстве использовали гипс, являются:

В Англии и Франции, начиная с XVI века, гипсом стали покрывать деревянные строения, защищая их от пожаров. Год 1700 считают началом использования минерала в качестве удобрения. Для создания архитектурных форм в России XVII-XVIII вв. широко использовали гипсовый декор, а в 1855 г. русский хирург Н. И.

Пирогов во время Крымской войны изобрёл и начал применять для лечения раненых гипсовую повязку, фиксирующую конечности. Это позволило уберечь многих солдат от потери руки или ноги.

Описание минерала

Возникающий из осадочных горных пород минерал из класса сульфатов получил название гипса. Его химическая формула выглядит так: CaSO4·2H2O. По внешнему виду отмечается неметаллический блеск: шелковистый, перламутровый, стеклянный или матовый. Камень бесцветный или окрашен белым, розовым, серым, желтоватым, синим и красным оттенками. Описание других показателей:

• плотность 2,2―2,4 т/м3;
• твёрдость по шкале Мооса 2,0 ;
• спайность - совершенная, легко отделяются тонкие пластинки от кристаллов слоистой структуры;
• черта, проведённая по камню - белая.

Вот из чего состоит гипс: окись кальция СаО - 33%, вода Н2О - 21%, трехокись серы SO 3 - 46%. Примеси обычно отсутствуют.

Если рассматривать камень как горную породу, то в составе присутствуют кальцит, доломит, гидроокислы железа, ангидрит, сера и собственно сам гипс. Происхождение осадочное, по условиям создания различают первичные формы, которые образовались путём химического осаждения в солёных водоёмах, или вторичные производные - они возникли в результате гидратации ангидрита. Может скапливаться в зонах самородной серы и сульфидов: от ветровой эрозии образуются гипсовые шляпы, загрязнённые примесями.

Качество сырья для производства гипса зависит от содержания двухводной сернокислой соли кальция CaSO4·2H2O - оно варьирует в диапазоне 70―90%. Конечной формой для применения является минеральный порошок, его получают размолом обожжённого во вращающихся печах гипсового камня.

Свойства и применение

В природе физические особенности строения заключаются в многообразии форм: плотные и зернистые, землистые, листоватые и волокнистые, конкреции и пылевидные массы. В пустотах обнаруживаются в виде друз кристаллов. Растворимость гипса в воде повышается с температурой до 37―38ºС, затем уменьшается, и по достижении 107ºС минерал переходит в состояние полугидрата CaSO4·½H2O. При добавлении малого количества серной кислоты в воду растворимость улучшается. На НС l реагирует слабо.

В готовых строительных смесях свойства гипса передаются самому порошку. Изделия обретают качества основного вещества с характеристиками:

• плотность насыпная 850―1150 кг/м3, меньшие значения для более тонкого помола;
• огнестойкость высокая: у алебастра температура плавления 1450ºС;
• схватываемость - начало через 4―7 минут, окончание - спустя полчаса, для замедления отвердевания добавляют животный клей, растворимый в воде;
• прочность на сжатие рядовых образцов 4―6 МПа, высокопрочных 15―40.

Плохая теплопроводность - на уровне кирпича (около 0,14 Вт/(м·град)) позволяет использовать изделия на гипсовой основе в пожароопасных конструкциях. Первые образцы применения камня в этом качестве найдены в Сирии - им больше 9 тысяч лет.

Природные виды

Геологи установили несколько десятков разновидностей гипса, но основных выделяют три. К ним относятся:

Про другие разновидности знают немногие: гипсовый шпат (крупнокристаллический и листовой), кишечный или змеиный камень серого цвета с белыми, червеобразно изогнутыми прожилками. Другая малоизвестная форма - землистый гипс.

Разновидности для практического применения

Использование водного сульфата кальция совместно с другими вяжущими веществами позволяет получить существенную экономию на более дорогих материалах. Прошедший стадию переработки алебастр подразделяют на следующие классы:

Существуют и другие разновидности, но на практике пользуются ограниченным перечнем. Аналогом является мелкодисперсная пыль серовато-белого цвета - алебастровый порошок, который получают из гипса путем термической обработки.

Другие направления использования

В необработанном виде камень применяют как добавку в производстве портландцемента, изготовления скульптур и поделок. Перечень дополнительных направлений:

Нетрадиционное направление - магия. Считается, что гипс притягивает благополучие и удачу, подсказывает поступки человека в сложной ситуации. Астрологи рекомендуют амулеты из этого минерала особам, родившимся под знаками Льва, Овна и Козерога.

Месторождения камня

Распространение гипса в земной коре наблюдается повсюду, преимущественно в пластах осадочных пород мощностью 20―30 м. Мировая добыча составляет около 110 млн т камня в год. Крупнейшими производителями являются Турция, Канада, США, Испания и Иран. Из уникальных можно отметить термальные пещеры Naica Mine в Мексике, где были найдены друзы гигантских кристаллов гипса длиной 11 м.

Многочисленные месторождения верхнеюрского периода расположены на территории стран ближнего зарубежья: Северный Кавказ, среднеазиатские республики. В России насчитывается 86 промышленных залежей, но 90% добычи приходится на 19 месторождений, из которых можно выделить 9 крупнейших: Баскунчакское, Болоховское, Лазинское, Новомосковское, Оболенское, Павловское, Плетнёвское, Порецкое, Скуратовское. Их доля в добыче 75% от общероссийской. Большинство месторождений представлены смесью гипса и ангидрита в соотношении 9:1. В России ежегодно добывают 6 млн тонн, что составляет 5,5% от мирового объёма.