16. Тепловыделения при взаимодействии цемента с водой.

Реакции гидратации цементных минералов являются экзотермическими, и взаимодействие цемента с водой вызывает выделение тепла.

Тепловыделения колеблются в больших пределах в зависимости от минералогического состава ПЦ. Наличие повышенного содержания C₃S, стекла и особенно C₃A происходит интенсивное тепловыделение при твердение таких цементов. Повышенное содержание C₄AF и больше всего β-C₂S характеризуется пониженным тепловыделением. Уменьшать тепловыделение могут АМД и тонкомолотые доменные гранулированные шлаки.

В процессе бетонирования обычных конструкций при пониженных температурах повышенное тепловыделение играет положительную роль. Наоборот – при высоких температурах повышенное тепловыделение приводит к возникновению трещин, уменьшению несущей способности и долговечности.

Тепловыделение можно разделить на 4 периода.

1. Взвимодействие цемента с водой в 30-40 мин, когда наблюдается сильное тепловыделение с последующим его уменьшением.

2. Период малого тепловыделения, протекающий в течении второго – четвертого часа.

3. Начинается через 3-5 ч от момента затворения цемента водой, характеризуется началом схватывания и постепенным увеличением тепловыделения (максимум достигается через 6-10 ч).

4. Переход тепловыделения через максимум и характеризуется снижением к суточному сроку. В это время растет прочность.

17. Контракция и пористость цементного камня.

Взаимодействие цемента с водой вызывает уменьшение абсолютного объема системы цемент — вода; при этом не наблюдается уменьшения внешнего объема цементного камня. В результате этот процесс, получивший название контракция или стяжение, должен вызывать образование пор в цементном камне бетона. Величина контракции цементного камня зависит от минералогического состава клинкера цемента, содержания активных минеральных добавок, водоцементного отношения и режима твердения бетона.

Алюминатные, алитовые и алито-алюминатные цементы будут давать бетоны с более высокой контракционной пористостью цементного камня, чем белитовые. Присутствие в портландцементе активных минеральных добавок, естественно, уменьшает величину контракции цемента, так как они инертны по отношению к воде.

Со временем общая величина контракции увеличивается по мере все более полного химического взаимодействия цемента с водой, но существенно затухает после 7 сут. твердения. Из этого следует также, что чем благоприятнее условия твердения бетона, тем выше оказывается контракция.

18. Структура цементного теста и камня.

исследования свидетельствуют о том, что основная масса новообразований при взаимодействии цемента с водой возникает в виде гелевидных масс, состоящих преимущественно из субмикроскопических кри-сталлитных частичек гидросиликатов кальция. В общей гелевидной массе размещаются также иепрореагировав-шие остатки цементных зерен и относительно крупные кристаллы гидроксиДа кальция и некоторых других новообразований, видимые в оптический микроскоп.

Таким образом, тесто, представляющее собой вначале пластичную смесь клинкерных частичек, воды и небольшого количества вовлеченного воздуха, в результате твердения превращается в прочный цементный камень, являющийся трехфазной системой (твердая фаза — вода — воздух) и характеризующийся капиллярно-пористым строением.

Цементный камень включает:

• Непрореагировавшую часть клинкерных зерен, содержание которых с течением времени уменьшается;

• Гель, состоящий из частичек гидратных новообразований размером 5—20-Ю-3 мкм

• Относительно крупные кристаллы таких новообразований, как Са(ОН)2, видимые в микроскоп и не обладающие свойствами коллоидов;

• Капиллярные поры размером в поперечнике от 0,1 до 20 мкм;

• Сферические воздушные поры размером от 50— 100 мкм до 2 мм;

При изготовлении цементного теста, раствора или бетона воды берется обычно 40—70 % массы цемента, т. е. значительно больше, чем химически связывается. Избыточная вода размещается в гелевых порах, а также в промежутках между непрореагировавшей частью цементных зерен. После испарения свободной, не вошедшей в реакцию с цементом воды образуются поры, называемые капиллярными. С увеличением продолжительности твердения цемента объем капиллярных пор уменьшается, так как они заполняются гидратными новообразованиями. В зависимости от количества воды, введенной в тесто или в бетон при их изготовлении (В/Ц), а также от продолжительности твердения объем капиллярных пор в цементном камне колеблется в широких пределах — от 0 до 40 % и более. Таким образом, цементный камень характеризуется сложной тонкопористой структурой.

Бетоны и растворы характеризуются более высокой водопроницаемостью, чем цементный камень, что объясняется их меньшей однородностью и наличием крупных неплотностей, трещин и пор, возникающих в местах контакта цемента с заполнителями вследствие седиментационных явлений, а также различия показателей усадки и т. п.