2. Твердение пц.

Твердение портландцемента это сложный физико-химический процесс, в основе которого лежит взаимодействие, составляющих ПЦ с водой_, а также между собой, с образованием новых гидратных веществ, схватывающихся и твердеющих при кристаллизации. Реакции минералов с водой идут в определенной последовательности и налагаются один на другой.

На 1 стадии активно взаимодействуют алит и алюминат: затем далее начинают взаимодействовать белит и алюмоферрит, а гипсовая добавка вступает в реакцию с алюминатом, образуя эттрингит , который в последствии из-за снижения воды в системе переходит в форму моносульфата.

Основные реакции гидратации.

1. Гидросиликаты кальция

2(3CaO·SiO₂)+6H₂O→3CaO·2SiO₂·3H₂O+3Ca(ОH)₂

2(2CaO·SiO₂)+4H₂O→3CaO·2SiO₂·3H₂O+Ca(ОH)₂

Высокоосновные СаО/SiO₂ = 1,5-2 [С – S – Н (II)]

Низкоосновные СаО/SiO₂ = 0,8-1,5 [С – S – Н (I)] более прочные (тоберморит образуется в автоклаве)

2. Метастабильная гексагональная форма гидроалюмината кальция (2CaO·Al₂O₃·8H₂O или 4CaO·Al₂O₃·19H₂O)

3. Стабильная кубическая форма гидроалюмината кальция и гидроферит кальция

4CaOAl₂O₃·Fe₂O₃+7H₂O→3CaOAl₂O₃·6H₂O+CaO·Fe₂O₃·H₂O

3CaOAl₂O₃+6H₂O→3CaO·Al₂O₃·6H₂O

5. Этрингит

3CaO·Al₂O₃+3(CaSO₄·2H₂O)+26H₂O→3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O

6. Моносульфат кальция

2(3CaO·Al₂O₃) + 3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O+22H₂O → 3(3CaOAl₂O₃CaSO₄18H₂O)

Процесс твердения можно разделить несколько стадий:

1. 0-2 часов идет гидролиз С₃S с образованием Са(ОН)₂ – гидратная окись кальция. В системе появляются первые новообразования: кристаллы Са(ОН)₂. Гипс начинает взаимодействовать с С₃А с образованием эттрингита.

2. 2-6 часов. На поверхности цементных зерен образуется плотный экран из эттрингита и геля гидросиликатов. Доступ воды к цементной частице прекращается, взаимодействие приостанавливается, проходит так называемый скрытный период. Цементное тесто достигнув определенной густоты, мало изменяется.

3. 6-24 часов. Формирование основной структуры. Вода постепенно проникает через экранизирующий слой и с новой силой начинает гидротировать ядро. Экран разрушается, начинаются взаимодействия по приведенным реакциям. Образуются основные гидратные соединения.

4. Более 24 часов. Углубляется гидратация, структура уплотняется, стабилизируется, количество воды резко снижается в системе. Эттрингит, распадаясь переходит в форму моносульфата. Если бы этого перехода не было, то могло бы произойти саморазрушение цементного калия, из-за того, что объем эттрингита по несколько больше, чем сумма взаимодействующих фаз.

Структура цементного теста.

Цементное тесто представляют собой пластическую смесь из клинкерных частиц, гипса, воды, гидратных новообразований и небольшого количества воздуха.

Для получения пластичного теста воды требуется несколько больше (примерно 50% от массы цемента). Основная часть воды химически не связывается и после испарения образует капиллярно-пористую структуру камня.

Структура цементного камня включает:

1. непрореагирующие цементные зерна.

2. Гелевидные массы гидросиликатов кальция с гелевыми порами (менее 0,1 мкм).

3. Крупные кристаллические образования: этрингит и Са(ОН)₂.

4. Капиллярные поры (от 0,1 до 10 мкм).

5. Воздушные поры (от 50 мкм до 2 мм).

Такая структура очень схожа со структурой обычного бетона, но здесь другой уровень структурных составляющих. Поэтому профессор Юнг сравнил и назвал ее микробетоном.

Состояние воды в цементном камне:

1. Химически связанная – присутствует в гидратных образованиях. Она удаляется при Т=200-300ºС.

2. Адсорбционизированная вода удерживается за счет вандервальских сил (температура удаления более 110ºС).

3. Капиллярно-связанная вода (температура удаления = 105ºС).

4. Свободносвязанная вода (температура удаления = 100ºС).