تغییر خواص گچ و فرآورده های گچی

تغییر خواص گچ و فرآورده های گچی در صنایع مختلف

تغییر خواص گچ به دوشکل صورت میگیرد. اول تغییر خواص گچ با استفاده از تغییر در فرآیند و نحوه تولید و دوم تغییر خواص گچ با استفاده از مواد افزودنی.

تاثیر نوع تولید بر تغییر خواص گچ

روش‌های مختلف پخت سنگ گچ اثرات گوناگونی بر روی تشکیل ترکیب فازها دارد و موجب تغییر خواص گچ خواهد شد که در ادامه راجع به آنها شرح کاملی ارائه داده میشود.

در یک پخت مستقیم، یعنی تماس داشتن شعله مستقیم بدون دود یا هوای گرم با مواد خام سبب می شود که به سادگی محدوده وسیعی از ترکیب های فازی مختلف بوجود آید.

در یک پخت غیرمستقیم که عبارت است از حرارت دادن سنگ گچ توسط سطوح گرم شده، انتقال حرارت به سنگ گچ  توسط تماس آنها با این سطوح (کوره گچ پز) صورت میگیرد و گچ حاصل از نوع مرغوب میباشد، این روش برای تولید گچ های تک فازی یعنی دی هیدراته شدن تحت شرایط ویژه ای به کار میرود، مثلا جهت تهیه آلفا نیمه هیدرات خالص که از شزایطی ضروری، مانند و جود بخار یا فشار و محلئلهای خاصی لازم است و یا همچنین برای تهیه و تولید انیدریت ||| در محیط خلاء انجام میشود.

برای ساخت خمیر گچ مناسب از گچ تولید شده در کوره استوانه ای دوار، در مقایسه با گچ حاصل از گچ پز، به مقدار بیشتری اب نیاز است و همچنین گچ پخته شده در اتوکلاو نسبت به گچ پخته شده در کوره دوار یا گچ پز احتیاج به آب کمتری است. نسبت آب و گچ مشخص کننده و تعیین کننده وزن مخصوص ظاهری و مقاومت یک فراورده گچی است. گچ آلفا با مصرف مقدار بسیار کمی آب قابلیت شکل پذیری خوبی دارد و فراورده های آن دارای وزن مخصوص ظاهری بالا و مقاومت زیادی هستند. گچ بتا و گچ چند فازی نسبت به گچ آلفا برای ایجاد خمیر انعطاف پذیر با غلظت مناسبف احتیاج بیشتری به آب دارد. لذل این نوع فراورده های گچی دارای مقاومت متوسط با الاستیسته بالا و وزن مخصوص ظاهری کم هستند که در صنعت ساختمانی مصرف میشود.

شکل دانه و توزیع آن

شکل و توزیع دانه و همچنین وزن مخصوص سطحی بر روی مقدار آب مورد نیاز جهت ایجاد خمیر گچ با غلظت مناسب و معین، کمتر تاثیر دارد. با اینحال پودر گچ (گچ دانه ریز) نسبت به گچ دانه درشت به آب بیشتری برای تهیه ملات احتیاج دارد. گچ هایی که ذرات یا دانه های سوزنی شکل دارند، همچنین احتیاج به آب بیشتری دارند. نحوه توزیع ذرات با درشتی های متفاوت در گچ ساختمانی اثر فراوانی بر چگونگی کاربرد آن دارد. بنابراین دانه‌بندی در تغییر خواص گچ تاثیرگذار خواهد بود.

پیرشدن (کهنگی)

گچ پخته به مرور زمان خواص خود را در حین انبار کردن از دست میدهد که به آن پیرشده میگویند (بر اثر جذب آب از هوا و…). اثر پیری گچ بر مقدار مصرف آب در گچ موثر بوده و هرقدر پیری بیشتر باشد مقدار مصرف آب نسبت به گچ تازه کمتر است. بر اثر جذب بخار آب زیاد ممکن است جوانه های دی هیدرات تشکیل شوند که عمل هیدراته شدن گچ را بعدا شتاب میدهند. چون عمل پیری گچ پخته شده بطور طبیعی به کندی انجام میگیرد خواص گچ به مرور و مداوم تغییر می یابد لذا روشی وجود دارد که گچ را به طور مصنوعی پیر میسازند تا در موقع انبار کردن گچ پخته  دیگر عمل پیری انجام نگیرد.  امکان دیگر عمل پیر کردن مصنوعی به این صورت است که به مواد خام فبل از پخت مقداری در حدود ۰٫۲ درصد وزنی کلرید کلسیم یا مواد نمکی موثر مشابه اضافه می نمایند.

سرد کردن و عملیات بعد از آن

از عوامل مهمی که به درصد ترکیب فازها در حین تولید گچ تأثیر زیادی می گذارد روش سرد کردن گچ پخته شده و عملیات بعدی است که بر روی آن انجام میشود. انبار کردن برای مدت زیاد در دمای تقریبا ۱۲۵ درجه سلسیوس سبب می شود که انیدریت ||| فعال شده و توسط گرفتن آب تبلور از دی هیدرات موجود باقی مانده در حین پختگی سنگ گچ که مطابق واکنش زیر به نیمه هیدرات تبدیل شود.

۳SO4Ca(|||)+SO4Ca.2H2O à ۴SO4Ca.1.2H2O

بنابراین بر اثر پخته شدن تند گچ و بوجود آمدن مقدار بیشتری انیدریت |||، خواص گچ پخته شده تغییر کرده که این تغییرات در خواص گچ، بدلیل تبدیل  مقدار انیدریت ||| نسبت به شرایط محیط اطراف به فاز نیمه هیدرات، اثر خواهد داشت. همچنین جوانه های دی هیدرات که بر اثر بخار آب موجود در سیلو تشکیل شده اند می توانند به نیمه هیدرات تبدیل شوند.

کاهش سرعت گیرش نیمه هیدرات براثر ذخیره نمودن به مدت طولانی در فضای مرطوب رامی توان به همین دلیل فوق دانست که این را نیز پیرشدن می گویند که در مبحث قبل بیان گردید.

مواد افزودنی و مواد شیمیایی کمکی برای تغییر خواص گچ

مواد افزودنی موقعی به مخلوط گچ اضافه می گردد چه خواسته باشند تاثیری بر روی تغییر خواص گچ در کاربردهای مختلف بگذارند مرکز ثقل کاربرد مواد افزودنی در تنظیم زمان گیرایش و به حالت مایع نگهداشتن برای مدت بیشتر ملات گچ می باشد، در حالیکه اثر این مواد فقط محدود به تغییر یک خاصیت مخلوط گچ نمیشود. موادشیمیایی کمکی نیز کاربرد فراوان برای تغییر در خواص و کیفیت گچ سخت شده و همچنین بتن گچی در موارد ویژه خود دارد. مهم ترین این مواد عبارتند از مواد کف کننده برای تهیه تولید قطعات سبک و مواد هیدروفوب کننده (ترنکننده) به منظور رسیدن به خاصیت پایداری و مقاومت در مقابل رطوبت قطعات پیش ساخته گچی. مواد کف کننده و مواد هیدروفوب کننده اضافه شده به مخلوط گچ درضمن اثر بر روی خواص کاربردی گچ نیز میگذارند و حتی در بعضی موارد مانند مواد افزودنی موثر واقع می شود.

مواد ناخالص طبیعی موجود در سنگ گچ مقاومت ملات گچ را کاهش داده و زمان گیرایش را معمولاً کم می کند. کوارتز، گلیمر و اکسید آهن به مقدار کم، خیلی مضر نیستند، مقدار کربنات کلسیم و دولومیت زیاد می توانند در گچی که در دمای بالا پخته شده است هنگام کاربرد موجب شکفته شدن آن گردد. مقدار خاک رس  پایداری گچ پخته شده را در طی انبار کردن کاهش میدهد.

نمک گلابریت، سونگینیت و پولی هالیت مقدار مقاومت و زمان گیرش  را کاهش میدهد، مقدار مواد افزودنی  معمولاً یک حد معین دارد  که بیش از آن  تغییرات دیگری در گچ به وجود می آورد.

 علاوه بر موارد فوق  مواد معدنی  و همچنین ناخالصی های موجود در سنگ گچ  می تواند اثراتی مختلف  بر روی گچ پخته شده بگذارند که به آنها  مواد کمک پخت نیز گفته می شود. برای مثال همانطور که قبلاً ذکر گردید تجزیه انیدریت|| به CaO  و SO3  به دمای کمتری احتیاج دارد به طوری که واکنش از دمای ۵۰۰ الی ۶۰۰ درجه سلسیوس شروع میشود.  این مواد عبارتند از  اکسیدهای ناخالص طبیعی  که در سنگ گچ وجود دارند.

مواد افزودنی

زمان و سرعت سفت شدن گچ را میتوان با اضافه کردن مواد متعددی شتاب داده (زودگیر) یا به تعویق (دیرگیر) انداخت. به عنوان ماده شتاب دهنده میتوان بسیاری از اسدهای معدنی و نمکهای آن را نام برد، به ویژه میتوان اسید سولفوریک و نمکهای آن را بیان نمود. به خصوص سولفات کلسیم دی هیدرات را که کاملا پودر شده باشدذکر کرده که اثر شتاب دهندگی فراوان دارد. لذا باید هنگام پخت سنگ گچ این مواد را که کاملا به فاز دیگری تبدیل نمود. مواد شتاب دهنده مذکور عموما سرعت جوانه زنی را افزایش میدهند و همچنین افزایش حلالیت و سرعت حلالیت گچ پخته شده را زیاد میکند.

مواد کندگیرکننده زمان گیرایش و سخت شدن گچ پخته شده را کاهش و کند میکند. این گونه مواد اغلب اسیدهای آلی و نمکهای آنها و کلوئیدهای آلی حاصله از هیدرولیز مواد پروتئینی و همچنین نمکهای تسید فسفریک و اسید بوریک میباشد. مکانیسم کندگیرکنندگی مختلف است مثلا مواد کلوئیدی آلی پریود اندکسیون را طولانی مینماید. زیرا اینگونه موادکشنده جوانه ها میباشد (سم جوانه) و یا کندگیرکننده های دیگر سرعت حلالیت نیمه هیدرات یا رشد بلور دی هیدرات را کاهش میدهد.

همچنین دما اثر زیادی بر سرعت هیدراته شدن گچ دارد بدین طریق که تا دمای تقریبا ۳۰ درجه سلسیوس سرعت را افزایش داده و مجددا کاهش می یابد.

بطورکلی در صنایع جنبی کاربردی گچ، مواد افزودنی برای تنظیم زمان گیرش گچ رل عمده ای را بعهده دارد. بر اساس تحقیقات انجام شده، مواد افزودنی تنظیم زمان گیرش گچ به پنج بخش رده بندی میشوند که در جدول ذیل آمده است. مصرف و کاربرد این مواد بستگی به موقعیت زمان و مکان در هر کشور، مختلف است و نمیتوان یک نوع ماده را بعنوان ماده استاندارد برای کلیه تولیدات بطور یکنواخت انتخاب نمود. تمام این مواد نسبت به نوع مصرف آنها با شرایط برابر افزایش مقدار، سبب کاهش مقاومت قطعات پیش ساخته میگردد. بسیاری از این مواد، به منظور تغییر سرعت گیرش برای گچهای ویژه ( مانند گچ دندانپزشکی و غیره) میتوانند حتی مضر باشند. در صنایع تولید روکش گچ از دی هیدرات به عنوان ماده شتاب دهنده استفاده میشود.

در اینجا لازم است تذکر داده شود که بعضی از مواد افزودنی برای تنظیم زمان گیرایش گچ، بستگی به غلظت آن ماده دارد به طوری که در بعضی موارد این مواد بصورت کندگیرکننده موثر واقع میگردد و گاهی عمل شتاب دهندگی(زودگیری) گچ را به عهده دارد به عنوان مثال میتوان ترکیب سدیم هیدروژن کربنات را نامبد که با کاربرد ۰٫۷۵ درصد از این ترکیب عمل کندگیرکنندگی دارد و در صورت کاربرد بیش از این مقدار گچ به حالت زودگیری یعنی کاهش زمان گیرایش میبخشد و گچ سریعا سفت میشود.

مواد شیمیایی کمکی

در اینجا شرح مواد شیمیایی که برای تکمیل کردن و تمیز نگه داشتن سطوح گچی و جداکنندگی گچ از قالب مورد استفاذه قرار میگیرد ضرورتی ندارد زیرا در این مورد در کتابهای مختلف بحد کافی توضیح داده شده است.

مواد تخلخل ساز (کف زا)

برای تولید قطعات سبک و متخلخل از مواد تخلخل ساز استفاده میشود با این شرط که فقط در صنعت گچ متخلخل، مقدار تخلخل ظاهری قطعه خشک شده گچی معادل حدود ۰٫۴ الی ۰٫۸ کیلوگرم بر دسی متر مکعب باشد. مواد کف ساز باید این امکان را داشته باشند که از زمان شروع مخلوط کردن تا آغاز اولین علائم گیرش، بین ۲۰ الی ۶۰ درصد تخلخل مورد نظر در گچ را بوجود آورند. مواد تخلخل ساز میتوانند مواد کف زا یا تولیدکننده گاز باشند. در عمل مواد کف زا بیشتر مورد مصرف قرار میگیرد.

کاربرد مواد گازساز برای تولید گچ های متخلخل با مشکلات عدیده ای روبرو میشود. فقط زمان تولید گاز، بیش از حد نامحدود است و در ضمن غیرقابل کنترل میباشد که این خود نیز اشکالات زیادی را بوجود می آورد. متداول ترین مواد گاز ساز عبارتند از:

پودر سنگ آهک با سولفات آلومینیوم یا مواد اسید ساز دیگر

پودر آلومینیوم با آهک پخته یا هیدرات آهک

پودر سنگ آهک با سولفات آلومینیوم با ترکیب مواد کف ساز

آب اکسیژنه با کاتالیزور

مواد هیدروفوب کننده (ضدآب)

مواد هیدروفوب کننده زمانی مورد مصرف قرار میگیرد که مایل باشند گچ ضد آب تولید کنیم و یا قطعات پیش ساخته گچی را در طی انبار کردن یا حمل و نقل یا در زمان مونتاژ و شاید در موارد استثنایی کابرد آنها در مکانهای مرطوب، از رطوبت محافظت نمایند. ولی کابرد اینگونه ترکیبات نباید از فرایند خشک شدن قطعات پیش ساخته گچی جلوگیری بعمل آورد. افزایش چنین موادی به گچ یا در حین فرایند مخلوط کردن یا پس از تولید قطعات گچی و آغشته کردن آن با این مواد انجام میگیرد.

روش دوم یعنی کاربرد مواد هیدروفوب کننده پس از تولید قطعات پیش ساخته گچی و آغشته کردن آن با این مواد اثر کافی داشته و از نقطه نظر اقتصادی نیز با صرفه تر میباشد. اثر مواد هیدروفوب کننده معمولا محدودیت زمانی دارد.

برای اندازه گیری خواص فیزیکی و مکانیکی موتد افزودنی بطور خاص استانداردی تاکنون مشاهده نگردیده است و اغلب تعیین مرغوبیت بر اساس روشهای صنعتی تجربی انجام میگیرد یعنی برای این منظور مقدار معینی از گچ را توزین کرده ( تعیین نسبت آب و گچ بر اساس استاندارد) و با مقدرا وزن شده ای از مواد افزودنی مخلوط می نمایند.با اندازه گیری زمان گیرایش می توان به نسبت مخلوط گچ و مواد افزودنی پی برد و این نسبت از نقطه نظر آزمایشگاهی بسیار دقیق میباشد. ولی از آنجائیکه این نسبت بستگی به نوع گچ و نوع مواد افزودنی دارد لذا در سطح صنعتی نمیتواند این نسبت کاملا دقیق باشد و باید برای هربار سفارش گچ یا مواد افزودنی این نسبت مجددا تعیین گردد ولی عوامل دیگری نیز وجود دارد که بر روی این نسبت موثر واقع میگردد. بنابراین توصیه میشود برای دقت کار بیشتر این آزمایشها بطور روزانه انجام گیرد. سپس با اندازه گیری خواص مکانیکی و فیزیکی قطعات پیش ساخته سده از نوع مخلوط میتوان به نسبت های دقیق تری دست یافت.

تر کردن، مایع کردن، سفت کردن

برای تهیه خمیر گچ با غلظت معین میتوان مقدار نسبت مخلوط کردن آب با گچ پخته شده را با افزودن مواد ترکننده تغییر داد. اغلب این مواد مقدار آب مورد نیاز را کاهش میدهند که به این گونه موتد مایع کننده میگویند مانند الکولارول سولفانات و املاح لیگنین سولفون اسید یا صمغ ملامین. همچنین با اضافه کردن مواد دیگری میتوان مقدار آب مورد نیاز را افزایش داد مانند اکسیدهای پلی اتیلن. به منظور تثبیت مخلوط آب و گچ از نظر رسوب و جدایش میتوان از مواد سفت کننده ای مانند اتر سلولز و نشاسته استفاده نمود که تاثیری بر مقدار آب مصرفی ندارد.

مواد مخلوط کننده (مواد اضافه شونده)

مواد مخلوط کننده هیدرولیکی

پایداری کم قطعات پیش ساخته گچی در مقابل رطوبت که بر اثر کاربرد گچ پخته شده خالط حاصل میشود یا مقاومت کم و تمایل به خزش زیاد، بدلیل جذب رطوبت، سبب گردید برای بهبود خواص گچ ترکیبی از گچ پخته شده همراه با مواد مخلوط کننده هیدرولیکی استفاده شود.

قابلیت تحمل مواد مخلوط کننده هیدرولیکی با گچ بستگی به ترکیب آن مواد دارد. مواد مخلوط کننده ای چون سیمان پرتلند، آهک هیدرولیکی رسوبات یا خاکستر بسیاری از صنایع مجازند تا حد بسیار محدودی فقط چند درصد کمی با گچ مخلوط شوند. بنابراین باید در هنگام مخلوط کردن و توزیع آنها با همدیگر و مقدار افزودن دقت کافی به عمل آید.

درصورتیکه مقدار مواد مخلوط کننده، زیر اندازه تورم باشد اثر شتاب دهدگی (تسریع) به عمل هیدراته شدن میشود و موجب افزایش مقاومت اولیه میگردد و به ویژه اگر اغلب مقدار سیمان افزوده شده بین ۲ الی ۴ درصد باشد (بعنوان ماده مخلوط کننده) به طور وضوح باعث کاهش سرعت خزش گچ (بتن گچ) مرطوب میشود.اگر مقدار مواد مخلوط کننده بالای اندازه تورم باشد، مه برای هر ماده مخلوط کننده متفاوت است، گچ پخته شده با آب و آلومینات هیدرات واکنش انجام داده و موجب تورم شدید و کاهش مقاومت میگردد. به اثبات رسیده است که شرایطی وجود دارد برای مثال سیستم گچ – سیمان پرتلند و آب به حالت عادی سخت میگردند حتی اگر مقدار ماده افزودی سیمان پرتلند فاقد ترکیب قلیایی شدید کلسیم آلومینات محتوی باشد که عملا این غیرممکن است و یا پایداری تری آلومینات هیدرات یا تترا آلومینات هیدرات برطرف گردد که این با کاهش غلظت آهک امکان پذیر است. کاهش غلظت آهک را میتوان با افزودن پوزولان بدست آورد.

(پوزولان ماده ای است که با افزایش مقداری آهک و آب به پودر آن، ماده بسیار چسباننده فعالی به دست آورد که خاصیت هیدرولیکی دارد. پوزولان به صورت طبیعی از دگرگونی سنگ های آتشفشانی و یا آن را بصورت مصنوعی میتوان بدست آورد.)

با کاربرد مواد چسباننده ای از مخلوط گچ، پوزولان و سیمان پرتلند در مقایسه با گچ پخته خالص با وزن مخصوص ظاهری مشابه، بدست آوردن سختی معادل با دو الی سه برابر وجود دارد و حالت خزش به مراتب بهتر میشود. خواص کاربردی قطعات ساخته شده از مواد فوق حالتی بین گچ وسیمان دارد. ولی بعضی از خواص این مواد در مقایسه با گچ کمتر میشود مانند افزایش انقباض و همچنین تعادل رطوبت هیگروسکپی. از این جهت ساخت قطعات بزرگ پیش ساخته با این مواد دچار اشکالات بعدی میگردد.

نتیجه گیری

تغییر خواص گچ بطور کلی امکان پذیر است و از این تغییرات برای بهبود در کیفیت کار بهره میبرند. تغییر خواص گچ بطور عمده در کارخانجات تولید گچ بر روی محصولاتی همچون گچ های پلیمری صورت میپذیرد.