Минералогический состав портландцементного клинкера

Четыре основных оксида (;;;) образуют алюминаты, силикаты, алюмофериты кальция в виде минералов кристаллической формы.

1. Алит;

2. Белит;

3. Трёхкальциевый алюминат;

4. Четырёхкальциевый алюмоферит.

Алит–(трехкальциевый силикат). В портландцементном клинкере его содержится 45–60% – это важнейший клинкерный минерал, определяющий высокую прочность и быстроту твердения портландцемента. Повышенное содержание алита способствует быстрому росту высокой прочности, особенно в начальные сроки твердения, но снижает водостойкость портландцемента.

Белит–(двухкальциевый силикат). 20 ─ 30 %. Отличается медленным твердением, но обеспечивает достижение высокой прочности при длительном твердении портландцемента, снижает усадку и тепловыделение.

Трёхкальциевый алюминат(). В портландцементном клинкере его содержится от 3 до 15% – это самый активный минерал цементного клинкера, являющийся причиной сульфатной коррозии. При повышенном содержании в портландцементном клинкере происходит быстрый рост прочности в начальные сроки твердения, увеличение содержания ведёт к повышению усадки и экзотермии.

Четырёхкальциевый алюмоферит(). Содержание ≈ 10 ─ 20 %. Повышенное содержание снижает экзотермию, усадку, увеличивает водостойкость портландцемента, немного снижает водопотребность.

Качество портландцементного клинкера характеризуется модулями:

1. Оснóвный модуль (ОМ):

;

2. Силикатный модуль (СМ):

.

Силикатный модуль показывает соотношение между минералами силикатами и минералами плавнями. Чем выше СМ, тем выше сульфатостойкость портландцемента. СМ колеблется в пределах 1,7–3,5;

3. Алюминатный (глинозёмистый) модуль:

.

Чем выше ГМ, тем выше стойкость портландцемента в минерализованных водах. ГМ колеблется в пределах 1–2,5. Цементы с высоким ГМ быстро схватываются, но имеют пониженную конечную прочность.

Твердение портландцемента

Цементное тесто при смешивании с водой имеет 3 периода твердения:

1. В течение 1–3^хчасов после затворения цемента водой цементное тесто пластично и легко формуется.

2. Затем наступает схватывание, заканчивается через 5–10 часов после затворения. В это время цементное тесто загустевает и утрачивает подвижность, но его прочность очень мала.

3. Переход загустевшего цементного теста в твёрдое состояние означает конец схватывания. Твердение может длиться годами до полной гидратации составляющих портландцемента.

Теория твердения портландцемента по Байкову

Выделяют три периода твердения портландцемента:

1. Подготовительный период: с момента затворения цемента водой начинают образовываться гидратные соединения по следующим схемам:

;

;

;

.

Гидроксид и гидроалюминат кальция быстро растворяются в воде с образованием насыщенного, а затем пересыщенного раствора;

2. Период коллоидации: продукты гидратации клинкерных материалов, нерастворимые в воде, находятся в коллоидном состоянии в виде геля. При этом пластичная масса вяжущего вещества постепенно загустевает. Коллоидное состояние является неустойчивым из-за избытка внутренней энергии, поэтому система переходит в более выгодное состояние – кристаллизуется;

3. Период кристаллизации: Гидроксид и гидроалюминат кальция из пересыщенного раствора начинают перекристаллизовываться, образуя кристаллы, которые растут, переплетаясь друг с другом, при этом происходит упрочнение всей твердеющей системы вяжущего. Вязкое тесто переходит в камневидное состояние. Главными кристаллообразующими веществами в цементном тесте являются: и, если происходит разрушение одного из кристаллообразующих соединений, то происходит разрушение всей структуры цементного камня.

Деление процесса твердения цементного камня является условным, все три периода происходят одновременно.

Теория Байкова постоянно развивается, углубляется, расширяется.