31. Химический состав цемента. Основные минералы портландцементного клинкера. Взаимодействие цемента с водой.

Хімічний склад клінкеру портландцементу складається в основному з SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO і невеликої кількості MgO, SO3, Na2O, K2O. Ці з’єднання входять до складу кристалічних фаз, які представлені наступними клінкерними мінералами: аліт, беліт, целіт і чотирьох кальцієвий алюмоферит.

Взаєодія цементу з водою призводить до утворення нових гідратних речовин, які обумовлюють тужавлення і твердіння цементного тіста, розчину або бетонної суміші. Процес твердіння бетону в основному визначається гідратацією клінкерних мінералів в’яжучого. Однак на процес твердіння бетону можуть впливати домішки та інші компоненти цементу, які знаходяться в меншій кількості, а також мінералогічний склад заповнювача.

32. Структурообразование бетона. Факторы, влиящие на формирование структуры бетона

Весь період твердіння бетону, від моменту замішування водою до набуття ним заданої міцності та в прцесі експлуатації, супроводжується наступними фізико-хімічними процесами: седиментацією, усадкою, набуханням, контракцією, тепловиділенням і температурними деформаціями. Ці процеси впливають на якість структури твердіючого бетону, і на кінцеві властивості затверділого матеріалу.

Седиментація – це осідання під дією сили тяжіння зважених у воді цементу, тонкомолотих добавок і піску в просторі між зернами більш крупного заповнювача. Осідаючи, важкі тверді компоненти свіжовідформованого бетону витісняють більш легкий компонент – воду. Таким чином, седиментація – це розшарування бетонної суміші.

Усадка твердіючого бетону супроводжується випарюванням води замішування. Від цього водні оболонки навколо твердих компонентів стають тонші, тверді частки зближаються одна з одною і первісний об’єм зменшу­ється. Усадка бетону в більшості випадків вкрай небажана. Вона є однією з причин виникнення в бетоні внутрішніх напружень, які спричинюють появу усадочних тріщин.

На усадку бетону особливо великий вплив робить вид і якість заповню­вачів. Заповнювачі перешкоджають вільній усадці цементного тіста, сприй­маючи при цьому стискаючі напруження. Тому усадка залежить від пружних властивостей заповнювачів і різниці між усадочними деформаціями цемент­ного каменю і заповнювачів.

Набухання. Якщо цементний чи бетонний зразок зі зниженою вологістю помістити в середовище, відносна вологість якого вище рівноваж­ної вологості зразка, то водовміст в останньому починає зростати. Це супро­воджується збільшенням його об’єму, тобто набуханням. Подібне ж явище спостерігається і при зануренні бетону у воду. Об'ємні зміни від набухання менш інтенсивні, ніж від усадки.

Контракція (стиск) - це сумарне зменшення первісного об’єму системи “цемент-вода”, яка викликана хімічним зв'язуванням води при гід­ратації цементу. Результатом контракції є лише збільшення пористості цементного каме­ню. Зовнішній об’єм каменю при цьому не змінюється, тому що на початку взаємодії цементу з водою, коли тісто ще достатньо пластичне і могло б зме­ншитися в об’ємі, величина контракції незначна. В подальшому, зі збільшен­ням ступеня гідратації, контракція зростає, але об’єм затверділої системи не змінюється.

Основною причиною виділен­ня тепла при твердінні бетону є екзотермічні реакції гідратації цементу. Су­марний тепловий ефект, який спостерігається при цьому, складається з теп­лоти. Процес тепловиділення протікає інтенсивно в початкові терміни твер­діння бетону й уповільнено - у на­ступні, тобто швидкість процесу згодом різко знижується. Кількість тепла, що виділилося, залежить від мінералогічного складу, активності і кількості цементу, від поверхні охо­лодження бетонного елемента і від температури навколишнього сере­довища.

Бетон твердіє в умовах навколишнього середовища або в умовах теплової обробки. В умовах навколишнього середовища за рахунок екзотермії цементу в бетоні виникає різниця температур між центром і поверхнею виробу. При тепловій обробці причиною виникнення температурних деформа­цій бетону можуть бути багато факторів, основні з яких полягають в різниці температурного розширення