3. Свойства цементного теста и камня:

Минералы по-разному влияют на твердение, схватывание, прочность и другие свойства портландцемента. При затворении цемента водой минералы цементного клинкера химически взаимодействуют с ней, образуя кристаллогидраты. Количество воды вступившей в реакцию с минералами цементного клинкера, с образованием кристаллогидратов, определяют по степени гидратации. Максимальное количество воды, которая может вступить в реакцию с минералами, составляет 25 % от массы цемента.

Цементное тесто является структурированной системой, обладающей свойствами твердого тела (имеющей пластическую прочность) и свойствами жидкости (имеющей вязкость).

Тиксотропия – способность течь и терять вязкость при механических воздействиях (вибрация, встряхивание, удары и т. д.) и приобретать структурную прочность при прекращении воздействий (тиксотропия).

Седиментация – явление отрицательное для цементов, проявляющееся в водоотделении и расслоении цементных смесей. Это необходимо учитывать при перемешивании, уплотнении, укладке и транспортировке цементных бетонов.

Тепловыделение. В первые 7 суток твердения цемента выделяется от 150-400 Дж/кг тепла, что составляет 75% всего тепла которое может выделиться при твердении портландцемента. В ряде случаев это может быть отрицательным явлением (бетонирование массивных конструкций). Тепловыделение повышается при увеличении количества С₃S и С₃А и тонкости помола цемента.

Набухание. В процессе схватывания и твердения наблюдаются изменения объема цементного теста, которые объясняются: тепловыми явлениями; осмотическим давлением; химическими реакциями, при которых изменяется объем реагирующих фаз, а также процессами высыхания. В первые сутки твердения цементного теста объем может увеличиваться на 0,1 – 1% всего объема. Далее при твердении в воде набухание почти прекращается и при твердении на воздухе, наоборот, может наблюдаться небольшая усадка. Если дальше затвердевший цементный камень будет попадать во влажные условия, а затем в сухие, то процессы набухания и усадки будут повторятся.

Контракция – это изменение объема цементного теста под действием, происходящих химических реакций (например, при избытке добавки гипса может происходить образование этрингита сопровождающееся увеличением объема (до 4-7%) и даже вызывать разрушение).

Свойства портландцемента.

В исходном виде ПЦ имеет следующие значения плотности: истинная – 3.10 г/см³; средняя насыпная плотность – 1,1-1,3 г/см³.

Для ПЦ характерны следующие стандартные показатели:

1. Нормальная густота цементного теста (или водопотребность). (20-30%) – характеризует то количество воды %, которое нужно ввести в цемент, чтобы получить нормальную или стандартную густоту. Это количество воды потом берется для определения других характеристик (сроков схватывания, равномерность изменения объема). Чем большего количества требует цемент для получения НГ, тем обычно он считается хуже (его прочность ниже).

2. Сроки схватывания. Начало схватывания не раньше 45 минут, конец не позднее 10 часов. Также как нормальная густота определяется на приборе Вига. На приборе ставится игла диаметром = 1мм, и берется тесто нормальной густоты и игла периодически погружается в тесто, и когда в первый раз не дойдет до дна на 1мм считается 1мм, а когда погрузится от поверхности на 1мм – конец схватывания. Отчет времени ведется с начала затворения – момента вливания. Иногда наблюдается ложное схватывание (быстрое) при наличии в цементе CaSO₄·0,5H₂O.

3. Тонкость помола цемента характеризуется остатком цемента при просеивании его через сито № 008мм. Для качественного цемента носитель не должен превышать 15%.

4. Равномерность изменения объема цемента. Для проверки этого явления из цементного теста НГ готовят лепешки. После затвердевания и выдерживания в печи 24 часов их кипятят в воде 4 часа. После этого на поверхности не должны появляться трещины и вздутия. Если отмечены такие деффекты, то цемент не пригоден. Объясняются эти деформации избытком в нем свободных СаO и MgO.

5. Активность цемента или марка его по прочности. Прочность цементов зависит от многих факторов:

• От минералогического состава: чем больше алита, белита, тем выше прочность.

• От продолжительности твердения, изменения прочности во времени подчиняется логарифмическому закону: Rn=R₂₈(lgn/lg28). То есть цемент при твердении во влажной среде может длительно набирать прочность.

• Прочность зависит в большей степени от водоцементного отношения, которое принимается при изготовлении цементного теста или бетона. С увеличением водоцементного отношения выше некоторого предела прочность цементного камня начинает падать. Снижение прочности цементного камня объясняется, тем, что избыток воды способствует увеличению пористости цементного камня.

• Влияние температуры. При температуре близкой к нулю, твердение практически прекращается. При температуре 8ºС начинается резкое снижение процесса твердения. Т=20ºС считается оптимальной. При температуре > 40ºС наблюдается резкое ускорение твердения. Особенно оно ускоряется при Т = 80-90ºС – при этой температуре 80% прочности от нормальной достигается через 10 часов. На этом основаны процессы пропаривания бетонных изделий. При температуре = 170-180ºС и избыточном давлении пара около 10 Атм (в автоклаве) 80% прочности может достигаться через 4-5 часов.

• Прочность цементного камня зависит от абсолютного объема цемента, воды и воздуха в его составе и подчиняется зависимости.

Формула Ферре:

П (прочность камня) = К(с/(с+е+а))²

К – коэффициент зависящий от условий изготовления.

с, е, а – соответственно абсолютные объемы – цемента, воды, воздуха.