9 Химический и минеральный состав портландцемента

велись поиски более совершенного вяжущего вещества. Практически одновременно (1824— 1825) независимо друг от друга Егор Челиев в России и Джозеф Аспдин в Англии путем высокотемпературного обжига до спекания смеси известняков и глины получили вяжущее, обладающее большей водостойкостью и прочностью.

Портландцемент — гидравлическое вяжущее, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера и небольшого количества гипса (1,5...3 %). Клинкер получают обжигом до спекания сырьевой смеси, обеспечивающей в портландцементе преобладание силикатов кальция. К клинкеру для замедления схватывания цемента добавляют гипс. Для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости портландцемента допускается введение минеральных добавок.

Соотношение компонентов сырьевой смеси выбирают с таким расчетом, чтобы полученный при обжиге клинкер имел следующий химический состав (%): СаО — 62...68, SiO2 — 18..26, А12О3 — 4...9, Fe2O3 — 2...6

Как видно из таблицы, портландцементный клинкер в основном (на 60...80%) состоит из силикатов кальция, из-за чего портландцемент также называют силикатным цементом.

Для получения портландцемента клинкер размалывают в трубных или шаровых мельницах с гипсом и другими добавками. Свойства портландцемента зависят от его минерального состава и тонкости помола клинкера.

10 Твердение портландцемента

При смешивании с водой частицы портландцемента начинают растворяться, причем одновременно может происходить гидролиз (разложение водой) и гидратация (присоединение воды) продуктов растворения с образованием гидратных соединений.

По этой схеме (гидролиз и гидратация) взаимодействуют с водой главные компоненты клинкера алит C3S и белит C2S:

2(ЗСаО • SiO2) + 6Н2О → ЗСаО • SiO2 • ЗН2О + ЗСа(ОН)2

2(2СаО• SiO2) + 4Н2О→ ЗСаО • SiO2 • ЗН2О + Са(ОН)2

Основной продукт твердения портландцемента — гидросиликаты кальция — практически нерастворимы в воде. Они выпадают из раствора сначала в виде геля (жесткого студня). Этот гель пронизывают, укрепляя его, кристаллы Са(ОН)2. Гель гидросиликатов кальция со временем кристаллизуется. Остальные продукты взаимодействия клинкера с водой также участвуют в формировании структуры цементного камня и, естественно, влияют на его свойства.

Процесс гидратации зерен портландцемента из-за малой их растворимости растягивается на длительное время (месяцы и годы). Чтобы этот процесс мог протекать, необходимо постоянное присутствие воды в твердеющем материале. Однако нарастание прочности со временем замедляется. Поэтому качество цемента принято оценивать по прочности, набираемой им в первые 28 суток твердения.

11 Химическая стойкость цемента в агрессивных средах

Самым нестойким компонентом бетона является цементный камень, как наиболее химически активный и вследствие этого подверженный опасности разрушения в результате химического действия агрессивной окружающей среды.

При соединении цемента с водой происходят процессы гидролиза и гидратации минералов цементного клинкера, в результате чего образуются сложные гидратированные соединения.

В период эксплуатации сооружений возможна так называемая коррозия выщелачивания. Степень опасности процессов выщелачивания определяется прежде всего условиями взаимодействия бетона и воды. Наиболее опасна фильтрация воды через тело бетона под напором. При этом известь и гипс выщелачиваются из бетона, а затем растворяются с разложением на гидросиликаты и гидроалюминаты кальция.

В ряде случаев конструкции и сооружения находятся под воздействием природных1 или промышленных вод с повышенной кислотностью.

Степень кислотности воды характеризуется водородным показателем рН. Считается, что кислотность раствора тем больше, чем больше кислоты диссоциирует на ионы. Кислотность раствора поИнтенсивную коррозию в бетонных и железобетонных конструкциях может вызывать вода, содержащая сернокислые соли. К наиболее распространенным в природных водах сернокислым солям, которые называются сульфатами, относятся сернокислый кальций (гипс), сернокислый натрий и сернокислый магний.

При обычной температуре водные растворы этих солей имеют различную растворимость, поэтому они по-разному взаимодействуют с компонентами цементного камня в бетоне. Продукты реакции каждой из этих солей получаются также различные.вышается и с увеличением концентрации кислоты.

Одновременное увеличение тонкости помола и количества гипса значительно повышает стойкость цементного камня к действию растворов сульфатов, при этом обязательным является совместный тонкий помол цемента и гипса.

Таким образом, в случае действия сульфатов бетон разрушается тем интенсивнее, чем больше его пористость и проницаемость.

Разрушение бетона возможно из-за накопления в его порах солей, кристаллизации их и дальнейшего перехода этих солей из безводной или маловодной формы в кристаллогидраты с высоким содержанием воды.

Коррозия арматуры может возникнуть в результате карбонизации извести в бетоне защитного слоя. Это происходит в результате воздействия углекислоты, содержащейся в воздухе, которая нейтрализует известь цементного камня и приводит к потере щелочности. Процесс карбонизации ускоряется при наличии в защитном слое трещин и недостаточной плотности бетона.

Один из основных путей повышения долговечности бетонных конструкций при воздействии различных агрессивных сред — создание плотного бетона.

Одним из радикальных средстз защиты конструкций от воздействия агрессивных сред является применение различного вида покрытий [68]. Покрытия, нанесенные после распалубки на поверхность конструкции, способствуют нормальному процессу твердения бетона и в значительной степени предупреждают появление и развитие усадочных трещин.