Gips ma szerokie zastosowanie jako składnik materiałów wykończeniowych, a cechy spoiw gipsowych umożliwiają ich użycie przy wielu rodzajach prac budowlanych. Prześledźmy, jaką drogę musi przejść gips krystaliczny, aby z surowca mineralnego stał się materiałem budowlanym.

Składnikiem budującym skały gipsowe jest ${\text{CaSO}}_4$ (siarczan($\text{VI}$) wapnia). W przyrodzie występują dwa minerały zawierające ten związek:

• anhydryt – ${\text{CaSO}}_4$;

• gips zwany również gipsem krystalicznym – ${\text{CaSO}}_4·2 {\text{H}}_2\text{O}$ (w odmianie drobnokrystalicznej – alabaster, w odmianie grubokrystalicznej – selenit).

Gips naturalny tworzy kryształy o pokroju tabliczkowym, słupkowym, igiełkowym. Często wytwarza zbliźniaczenia, tzw. jaskółcze ogony.

R127iFVZVAFnR

Po lewej stronie przedstawiono ilustrację, na której znajduje się model zbliźniaczonego kryształu gipsu. Pojedynczy monokryształ ma słupkowaty kształt, zaś podwójny tworzy kształt przypominajucy jaskółczy ogon lub grot strzały ze ściętym ostrzem. Po prawej stronie znajduje się zdjęcie przedstawiające przeźroczysty zbliźniaczony kryształ o kształcie podobnym do opisanego dla modelu.

Odznacza się wyjątkową różnorodnością postaci – występuje w skupieniach: zbitych, ziarnistych, grubokrystalicznych łuskowych, rozetowych, włóknistych i proszkowych. Jest plastyczny, miękki, nieco giętki oraz przezroczysty. Można go łatwo kroić, a nawet zarysować paznokciem. Dobrze rozpuszcza się w gorącej wodzie.

R1KbnH7ZE4eoD

Zdjęcie przedstawia kryształ anhydryt. Ma on kształt prostopadłościanu z nieregularnymi przerośnięciami na tylnej ścianie oraz dolnej podstawie. Jest półprzeźroczysty, miejscami białawy z fioletowymi refleksami.

R1bo6zVahxSgw

Zdjęcie przedstawia kryształy gipsu. Są one bezbarwne, miejscami białawe podłużne i tworzą niezbyt regularne skupisko.

Rje9MSQx5UYKl

Zdjęcie przedstawia bryłkę alabastru, czyli miejscami półprzeźroczystego, białego minerału. Ma ona nieregularny kształt. Alabaster jest drobnokrystaliczną odmianą gipsu.

R1rzjIDNXuc4s

Zdjęcie przedstawia selenit. Bardzo czysta odmiana gipsu. Kryształ jest przeźroczysty i charakteryzuje go księżycowa poświata. Zmiana kąta padania światła na minerał sprawia, że mieni się on różnymi barwami. W jego przekroju znajdują się poziome pasy podłużnych kryształów. W tym przypadku na powierzchni ma złotawą poświatę.

Skały gipsowe powstawały wskutek odparowywania (ewaporacji) wody w słonych morzach lub jeziorach. Gdybyśmy mieli możliwość cofnięcia się w czasie o około $250$-$260$ milionów lat, do górnego permu, trafilibyśmy na krajobraz przypominający okolice dzisiejszego Morza Martwego, pełen słonych lagun i jezior, a dookoła nich rozciąga się pustynny krajobraz – tak wyglądała wówczas większość obszaru Polski.

W takich warunkach na teren m.in. Pasa Nizin Środkowopolskich wkroczyły wody ciepłego morza, nazywanego przez geologów Morzem Cechsztyńskim. Tereny naszego kraju leżały w strefie klimatu zwrotnikowego suchego. Cykliczne wahania poziomu morza cechsztyńskiego i okresowe utraty połączenia z oceanem prowadziły do okresowego wysychania, a w efekcie powstawały charakterystyczne kompleksy skalne, w których poszczególne odmiany skał osadowych następują po sobie w ściśle ustalonej kolejności – nazywane są cyklotemami. Te, które powstały w morzu cechsztyńskim, są z reguły nazywane cyklotemami cechsztyńskimi lub solnymi.

Minerały ewaporatoweewaporatyewaporatowe wytrącają się w ściśle określonej kolejności (zaprezentowanej poniżej w formie galerii mediów), zgodnie z tzw. „cyklem ewaporatowym”, tj.:

R1YaEwoGARPDZ

Zdjęcie przedstawia pozrastane kryształy kalcytu, czyli węglanu wapnia ${\text{CaCO}}_3$. Kryształy tworzą dwa wyraźne skupiska, których fragmenty mają zaokrąglone, lekko owalne brzegi.

RuCoCMqe9zWgO

Zdjęcie przedstawia białe kryształy dolomitu o wzorze sumarycznym $\text{CaMg}{\left({\text{CO}}_3\right)}_2$. Kryształy mają kształt rombowaty i są powrastane w nieregularną jasnobrązową grudkę amorficznego dolomitu.

Rswejn98VXauK

Zdjęcie przedstawia jasnobrązowe kryształy gipsu. Mają chropowatą powierzchnię i znajdują się w masie amorficznego gipsu. W obrębie kryształu znajdują się równolegle rozmieszczone pasma,, które to następnie układają się w jodełkę.

RUdisO0iz41xj

Zdjęcie przedstawiające białe, pozrastane kryształy anhydrytu. Mają postać nieregularnych, chropowatych skupisk, miejscami mienią się i przybierają bardziej regularny kształt przypominający prostopadłościan.

R1eJaOP9ddIjV

Zdjęcie przedstawia duże, amorficzne minerały polihalitu znajdujące się w szklanej gablocie. Mają różową, miejscami pomarańczową lub białawą barwę.

R10E1lO6P55Ur

Zdjęcie przedstawia pozrastane, monokryształy halitu, czyli chlorku sodu w kształcie sześcianu. Struktura w skali makro również tworzy skupiska o sześciennym kształcie i jest przeźroczysta.

RWViGnMEenG9e

Zdjęcie przedstawia sylwin, jasnopomarańczowy minerał, którego strukturę tworzą drobne nieregularne bryłki.

R1Zomsuoi3q3H

Zdjęcie przedstawia karnalit, żółto‑pomarańczowo‑szary minerał o nieregularnej strukturze.

Na obszarze dzisiejszej Polski ewaporaty tworzyły się:

• w permie – złoża soli kamiennej i gipsów oraz anhydrytów okolic Kłodawy i Inowrocławia oraz złoża anhydrytów w Nowej Soli na Śląsku i okolicach Polkowic;

• w miocenie – złoża solne w Wieliczce i Bochni (sól kamienna, anhydryt), Dolina Nidy (gips).

Tradycyjnym surowcem do produkcji spoiw gipsowych jest gips krystaliczny. W wyniku prażenia (wypalania) rozdrobnionego kamienia gipsowego w temperaturze w około $100$-$120°\text{C}$, woda zawarta sieci krystalicznej gipsu odrywa się. W efekcie powstaje gips palony – półwodny siarczan($\text{VI}$) wapnia. Powyżej $180°\text{C}$ tworzy się bezwodny siarczan($\text{VI}$) wapnia (anhydryt), jednakże proces prażenia do soli bezwodnej zwykle nie jest praktykowany.

R1T1d51ryneat

Schemat powstawiania półwodnego siarczanu(<math aria‑label="sześć">VI) wapnia. Dwie cząsteczki dwuwodnego siarczanu(<math aria‑label="sześć">VI) wapnia składającego się z ${\text{CaSO}}_{\text{4}}$ zakreślonego zielonym kółkiem oraz dwóch ${\text{H}}_2\text{O}$ zakreślonych niebieskimi kółkami. Kółka niebieskie przylegają do jednego kółka zielonego. Strzałka w prawo, nad nią zapis "temperatura". Za strzałką cząsteczka półwodnego siarczanu(<math aria‑label="sześć">VI) wapnia reprezentowanego przez dwie zakreślone zielonymi kółkami cząsteczki ${\text{CaSO}}_{\text{4}}$ oraz jedną cząsteczkę wody zakreśloną niebieskim kółkiem. Dwa kółka zielone przylegają do jednego niebieskiego. Dodać trzy cząsteczki wody ${\text{H}}_2\text{O}$.

W wyniku prażenia materiału, w którym stosunek molowy ${\text{CaSO}}_4$ do cząsteczek wody wynosi $1:2$, dochodzi do oderwania części cząsteczek wody. W konsekwencji powstaje struktura, w której na $2$ mole ${\text{CaSO}}_4$ przypadają na $1$ mol cząsteczek wody.

Proces ten jest odwracalny, wystarczy gips palony zmieszać z wodą – gips twardnieje, ponieważ wiąże wodę i przechodzi w gips krystaliczny, zgodnie z reakcją:

RhKtGnDmHQOLP

Schemat powstawiania gipsu krystalicznego. Cząsteczka półwodnego siarczanu(<math aria‑label="sześć">VI) wapnia reprezentowanego przez dwie zakreślone zielonymi kółkami cząsteczki ${\text{CaSO}}_{\text{4}}$ oraz jedną cząsteczkę wody zakreśloną niebieskim kółkiem. Dwa kółka zielone przylegają do jednego niebieskiego. Dodać trzy cząsteczki wody ${\text{H}}_2\text{O}$. Strzałka w prawo, za strzałką dwie cząsteczki dwuwodnego siarczanu(<math aria‑label="sześć">VI) wapnia składającego się z ${\text{CaSO}}_{\text{4}}$ zakreślonego zielonym kółkiem oraz dwóch ${\text{H}}_2\text{O}$ zakreślonych niebieskimi kółkami. Kółka niebieskie przylegają do jednego kółka zielonego.

Ze względu na ochronę środowiska naturalnego, coraz powszechniejsze staje się wykorzystywanie, tzw. reagipsu, czyli gipsu syntetycznego, otrzymywanego w procesach odsiarczania produktów spalania węgla w zakładach energetycznych i ciepłowniczych. Jego największym odbiorcą jest budownictwo.

R1XqqaLnNGqOk

Zdjęcie przedstawia halę produkcyjną i usypane kopce żółtawo‑brązowego gipsu syntetycznego.

Wykorzystanie gipsu syntetycznego dwuwodnego, jako spoiwa i surowca do produkcji różnych wyrobów budowlanych, jest możliwe podobnie jak przy gipsie krystalicznym – po jego wysuszeniu i wyprażeniu, zgodnie z reakcjami omówionymi powyżej. W ciągu technologicznym służą do tego węzły suszenia i prażenia (kalcynacji) – takie same, jakich używa się do gipsu naturalnego, który kruszy się i mieli. Powstaje w ten sposób prażony gips półwodny, zwany gipsem syntetycznym budowlanym.

Po wyprażeniu gips zostaje zapakowany w papierowe worki lub oczekuje na rozdysponowanie w silosie, może być od razu przetransportowany do kolejnych punktów jego przeróbki, np. do firmy produkującej gipsowe elementy budowlane (np. płyty kartonowo‑gipsowe).

Zalety gipsu budowlanego:

Wady gipsu budowlanego:

Słownik

Bibliografia

Gips syntetyczny, online: https://dolinanidy.com.pl/produkty/gips-syntetyczny/, dostęp: 28.09.2021.

Jarosiński A., Żelazny S., Nowak A. K., Warunki otrzymywania spoiwa gipsowego z produktu odpadowego pochodzącego z procesu pozyskiwania koncentratu cynku, „ Czasopismo Techniczne” 2007, z. 1‑Ch., online: https://repozytorium.biblos.pk.edu.pl/redo/resources/35006/file/suwFiles/JarosinskiA_WarunkiOtrzymywania.pdf, dostęp: 28.09.2021.

Klin S., Analiza zmienności wytrzymałości i odkształcalności gipsu w różnych stanach naprężeń i wilgotności, Wrocław 2005., https://www.dbc.wroc.pl/Content/3281/klin_stanislaw_final.pdf, dostęp: 28.09.2021.

Materiały budowlane, „Miesięcznik Techniczno‑Ekonomiczny” 2008, nr 6. https://www.materialybudowlane.info.pl/images/2008/MB-06.pdf

Technologia Systemów Suchej Zabudowy Wnętrz, online: https://docplayer.pl/3854046-Technologia-systemow-suchej-zabudowy-wnetrz.html, dostęp: 28.09.2021.

Zanieczyszczenia powietrza, online: https://biologiaekologia.pl.tl/Zanieczyszczenia-powietrza-.htm, dostęp: 28.09.2021.