Химия конспекты

61

С водой CO кислот не образует. На воздухе горит синим пламенем с выделением большого количества теплоты. При этом протекает реакция:

2CO + O2 = 2CO2 - 572 кдж

Если через раскаленный уголь в специальных печах продувать воздух получается смесь

газов:

СO(25%); NО2(70%); CO2(4%) - генераторный газ,

А в смеси с водой:

CO(44%); H2(45%); CO2(5%); N2(6%) - водяной газ, который используют для органического синтеза.

в) CO2 – оксид углерода ( ): он в 1.5 раза тяжелее воздуха. Это ангидрид угольной кислоты:

CO2 + H2O = H2CO3

Его используют при производстве соды, при гашении пожаров, в производстве пористых строительных материалов (пористого кирпича).

г) Соли угольной кислоты:

Na2CO3 - техническое название - сода (каустическая сода), используется в производстве стекла, для умягчения воды, получения красок.

NaHCO3 - сода питьевая, используется в медицине, кондитерской промышленности. K2CO3 - поташ, используется в производстве огнеупорного стекла, жидкого мыла. CaCO3; MgCO3 – доломит, используется в производстве воздушной извести. Pb(OH)2*PbCO3- свинцовые белила.

Кремний – Si:

1)Распространение в природе:

После кислорода - наиболее распространенный элемент на Земле (27.6% массы земной коры). Встречается в виде оксида SiО2 или солей кремневой кислоты.

2)Получение и применение:

Впромышленности кремний получают восстановлением SiО2 коксом в электрических печах по уравнению:

SiО2 + 2C = Si + 2CO

Аморфный кремний получают из оксида по уравнению: SiО2 + 2Mg = 2MgО + Si

Это бурый порошок, который растворяется в расплавленных металлах. При медленном

охлаждении растворов Si в Zn, или Al, кремний выделяется в кристаллическом состоянии (кристаллы имеют октаэдрическую форму, слабый металлический блеск, структуру, подобную алмазу).

3)Химические свойства:

Кремний при обычных условиях довольно инертный, что можно объяснить прочностью его кристаллической решетки. Непосредственно он взаимодействует лишь с фтором F2 по уравнению:

Si + 2F2 = SiF4 (при 25 С)

При температуре 400-600 С кремний реагирует с кислородом O2; галогенами (Cl2;Br2); серой S. В кислотах пассивируется за исключением смеси HF + HNO3. Однако со щелочами реагирует активно, при этом получается водород по уравнению

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiО3 + 2H2

В присутствия следов щелочей Si вытесняет водород даже из воды. Реакция протекает по уравнению:

Si + 2KOH + H2O = K2SiO3 + 2H2

K2SiO3 + 2H2O = H2SiO3 + 2KOH

золь

62

В свободном состоянии кремниевая кислота в природе не встречается, только в виде

солей.

Выпаривание золя кремниевой кислоты в вакууме при низкой температуре дает прозрачную студенистую массу - гель с разным содержанием воды.

Состав кремниевых кислот можно выразить формулой: mSiО2*nН2O, где m и n целые числа, при m>1- поликремневые кислоты. Если выделяется кремниевая кислота, то условно записывают: H2SiО3. Если совсем (или почти совсем) изъять воду, то получается силикагель:

(H2SiО3)x = SiО2+ H2O

Силикагель имеет очень большую адсорбционную способность.

4). Естественные силикаты, используемые в строительстве:

Силикаты, которые имеют в своем составе Al2O3 - называются алюмосиликатами. К наиболее распространенным из них относятся полевые шпаты и слюды.

Полевые шпаты используют в производстве сантехнических изделий.

Слюду - для гидроизоляционных кровельных материалов - рубероида, в декоративной штукатурке фасадов, а также в производстве пластмасс.

Глина: полевые шпаты и слюды в процессе выветривания (под действием H2O и CO2) разрушаются и образуют минерал каолиннапример разрушения полевого шпата (ортоклазу):

K2O*Al2O3*6SiО2+nН2O+CO2 = Al2O3*2SiО2*2H2O + 4SiО2(n-2)H2O + K2CO 3

ортоклаз каолинит трепел

Белая глина почти вся состоит из каолинита. Она тугоплавкая (1350-1580ºС) используется в производстве фарфора и фаянса, в том числе строительных изделий - облицовочных плиток, в производстве белого цемента.

Гончарная глина окрашена оксидами железа и имеет много разных примесей (Т.пл. <1350ºС). Используется в производстве строительной керамики: кирпича, черепицы, облицовочных плиток, и прочее.

Процессы производства можно рассматривать по схеме:

Помол перемешивание с водой формирование сушка (чтобы предотвратить образование трещин) обжиг при температуре 900 -1100 С. При этом получаются легкоплавкие соединения, которые связывают выжженную глину.

Фаянс и наилучшие сорта керамики делают из наиболее чистых сортов глин, которые не содержат железо, их обжигают при более высоких температурах.

Глазурь получается путем покрытия уже выжженных изделий легкоплавкими смесями, в которые входят полевой шпат, борная кислота, SnО2 и прочие.

Фарфор делают из чистого, предварительно очищенного каолина, который смешивается приблизительно с таким же количеством кварца и полевого шпата. Обжиг проходит при 1200ºС. После чего изделия погружаются в кашеобразную смесь тонко измельченного полевого шпата и воды, после чегоснова обжигается в печи при температуре ~1400ºС. При этом полевой шпат в глазури (для посуды) и в общей массе плавится почти полностью заполняя поры. Полученное изделие полупросвечивается и имеет плотную блестящую глазурь.

63

Лекция № 16

Строительные растворы, вяжущие вещества. Соединения кальция и магния, используемые в строительстве.

Строительными растворами называются смеси вяжущих веществ, мелкого заполнителя (песка) и воды.

Как вяжущие вещества используют: цемент, известь, гипс, жидкое стекло. Строительные растворы – это пластическая тестообразная масса, которая с течением времени твердеет.

Строительные растворы делятся на воздушные и гидравлические:

Воздушные растворы способные сохранять прочность только в местах, которые защищенные от влаги. К ним относятся растворы, которые готовятся на извести, строительном гипсе, жидком стекле, каустическом магнезите.

Гидравлические строительные растворы способны сохранять прочность, как на открытом воздухе, так и в воде. Они готовятся на цементах.

Строительные растворы широко применяют для кирпичной кладки, для отделочных работ (штукатурка), производства разных строительных материалов (силикатный кирпич, газосиликат и прочее).

Вяжущими строительными материалами называются такие вещества, которые при смешивании с водой (затворении) или с другими растворами образуют пластично-вяжущую массу, которая постепенно схватывается и твердеет в прочное каменно-подобное тело.

Вяжущие вещества делятся на органические (битум, деготь, клей, синтетические полимерные материалы и прочие) и неорганические (известь, гипсовые вяжущие вещества, жидкое стекло, магнезиальные вяжущие, разные цементы).

В строительстве (за исключением строительства путей) неорганические вяжущие используются чаще, чем органические. Все вяжущие вещества получают из природных материалов путем их термической обработки при разных температурах.

Вяжущие вещества делят также по скорости их схватывания, твердения:

а) быстротвердеющие (например, штукатурный гипс, который твердеет за несколько десятков минут);

б) медленнотвердеющие (например, портландцемент, который твердеет несколько суток.

Соединения кальция, используемые в строительстве.

Известь – простейшее вяжущее вещество, которое получается путем обжига известняков, мела, мрамора, отходов ракушника и других естественных материалов, которые содержат в своем составе СаСО3. Наиболее существенные примеси – глинистые вещества, которые состоят из кремнезема, MgCO3. Наличие примесей не дает права назвать продукт обжига оксидом кальция, и потому его называют известью (негашеная известь, или жженая известь).

Получение извести – это обжиг в печах разных систем при t = 900–12000С и выше, чтобы увеличить скорость процесса. Процесс идет по уравнению:

СаСО3 СаО+СО2 –178,0 кдж Чем больше продолжительность обжига и чем выше температура, тем больше плотность

извести.

При t = 2570 0С – получается кристаллический оксид кальция, который реагирует с водой значительно хуже, чем аморфный СаО. Скорость гашения извести зависит от количества примесей, которых за ГОСТ (ГОСТ) должно быть не большее чем 10%.

Гашение извести: Свойство извести гаситься используют для перевода его в дисперсное состояние:

СаО+Н2О = Са(ОН)2-65 Кдж Продукт, который получается, называется гашеной известью, или если в виде порошка –

“пушонкой”.

64

Гашение извести сопровождается повышением температуры (что дало возможность называть только что полученную гашеную известь – “кипелкой”) сопровождается значительным увеличением ее объема. При этом гашеная известь получается в виде тонкого аморфного порошка, части которого в присутствия воды находятся в коллоидно-дисперсном состоянии, и получается коллоидный раствор. Это часть массы, которая придает известковому тесту пластичность.

Взависимости от количества воды, которое берется для гашения, получаются:

1.Порошкообразный продукт (пушонка: 75 % пустот и лишь 25% самого продукта) – это при добавлении воды в количестве, которое отвечает стехиометрии реакции.

2.Известковое тесто – получается при добавлении 50 % воды на 50% СаО.

3.Известковое молоко – получается при добавлении излишка воды к СаО (вода не вредит так как Са(ОН)2 под водой не твердеет).

Встроительном деле обычно не используют известковое тесто в чистом виде, так как при твердении оно дает значительную усадку, которое сопровождается растрескиванием.

Используют: смесь известкового теста (1 часть) и песок (3 части). Она называется известково-песчаным раствором. Песок дает жесткий скелет, который предотвращает усадку и трещины, повышает прочность раствора, так как схватывание частиц извести с песком более прочно, чем между собою.

Твердение извести:

Это медленно твердеющее вяжущее. Отвердевание известкового раствора происходит в результате одновременного протекания трех процессов:

1.Выпадение из пересыщенного раствора кристаллов Са(ОН)2 (сначала в коллоидном состоянии, а потом в кристаллическом состоянии), которые связывают между собою частицы песка и кристаллы Са(ОН)2 – образование центра кристаллизации.

2.Реакция карбонизации:

СаО+СО2 = СаСО3+Н2О Эта реакция протекает очень медленно, так как СО2 поглощается из окружающей среды.

СаСО3 – почти не растворяется в воде.

3. Песок, который в основе состоит из кристаллов SiО2, взаимодействует с известью по реакции:

Са(ОН)2+ SiО2 = СаSiО3+Н2О

Этот процесс, в обычных условиях, также протекает очень медленно, но может быть ускорен в испарительных камерах, и автоклавах (производство силикатного кирпича).

Известь используют для изготовления известково-песчаных, известково-шлаковых и других растворов, для скрепления кирпича при строительстве стен, штукатурки. Для изготовления совместных вяжущих, например, известково-шлакового цемента, производства силикатного кирпича, при производстве известковых красок.

В последнее время и негашеная известь начало использоваться как вяжущее вещество. При верном подборе соотношения воды и извести в смеси с песком или шлаком оно быстро схватывается и твердеет. Саморазогрев материала ускоряет твердение.

Строительный гипс. Строительный (или полуводный) гипс (алебастр) – это вяжущий материал, который твердеет на воздухе. Он получается из природного двуводного гипса путем его обжига по реакции:

150 1700 C

CaSO4 2H2O CaSO4 0,5H2O + 1,5 H2O

Полуводный гипс, после получения, измельчается в порошок. Он представляет собой быстро твердеющее (менее 5 минут) воздушное вяжущее. При обычных температурах при смешивании с водой происходит твердение с образованием двухводного гипса. При этом происходит и незначительное ( на 1%) увеличение объема, который приводит к более лучшему заполнению мелких деталей формы. В дальнейшем изделии из гипса не изменяют формы.

Большим недостатком гипса является его низкая водоустойчивость и вместе с тем плохая морозоустойчивость влажных гипсовых изделий.

65

Примеси, которые замедляют твердение: Са(ОН)2

Примеси, которые ускоряют твердение: сульфаты щелочных металлов, NaCl, MgCl2, NH4Cl и прочие.

Кальцинированный гипс, гидравлический гипс (эстрих – гипс):

При высокотемпературном обжиге (600–7000С) получается полностью безводный гипс, который уже не присоединяет воду CaSO4 –ангидрит.

При обжиге гипса при 1000–12000С происходит частичное разложение сульфата кальция с образованием соли mCaSO4 nCaО. При этом с ростом температуры увеличивается и содержание СаО и составляет 3% при 1000 0С. Такой гипс при затворении водой медленно схватывается, но достигает большой прочности и маленькой износостойкости (стойкость к трению). Используется для изготовления полов, ступеней, подоконников. Затвердевшая масса не содержит новообразовавшихся кристаллов. Водой он также разрушается.

Ангидритовый цемент, изготовляют из двух типов сырья: гипса или ангидрита (это CaSO4 с минеральными примесями-активаторами). Гипс обжигают при 600 - 700 0С, а потом тонко измельчают. Ангидрит подсушивают и перемалывают. Наиболее распространенные активаторы: NaHSO4; FeSO4, известь, выжженный доломит, доменный гранулированный шлак и др.

Он значительно медленнее твердеет чем алебастр. Используется для производства шлакобетона, бетонных полов, оштукатуривания стен, изготовления теплоизоляционных материалов.

Мел - СаСО3 – используется как естественный пигмент (белый порошок) для побелки внутренних помещений.

Мрамор - СаСО3 – бывает белым, розовым, красным, желтым, черным с разными прожилками, узорами. Хорошо распиливается, шлифуется, полируется.

Естественный ангидрит - СаSО4 – окрашен в разные цвета, имеет прожилки, как и мрамор, дешевле него, но менее атмосфероустойчив.

Соединения магния, которые используются в строительстве:

Каустический магнезит - MgО - добывают обжигом природного магнезита в специальных печах при 750–800 0С:

MgCO3 MgО + CO2

Он используется как огнеустойчивый футуровочный материал для изготовления огнеупорных изделий, кирпича.

Магнезиальный (хлормагниевый) цемент, или цемент Сореля:

Получается при затворении MgО с концентрированными водными растворами МgCl2 или MgSО4. Получается пластически-вяжущая масса, которая после 10-12 часов образует твердый, очень плотный белый камень по реакции:

MgО+ МgCl2+Н2О = 2 МgОНCl или Мg2ОCl2

Кислоты разрушают этот цемент, он используется для производства жерновов и точильного камня.

Каустический доломит: добывают умеренным обжигом (t≤8000C) естественного доломита по уравнению:

СаСО3+ МgCО3 = СаСО3*МgО+ CО2

Карбонат кальция при этом не имеет вяжущих свойств и является балластом. Однако его выгодно использовать, поскольку он дешевле каустического магнезита. Он используется для производства доломитового кирпича.

Магнезиальные вяжущие дают высокую прочность изделиям, хорошо соединяются с опилками, со стружками, с асбестом, которые выступают в роли заполнителя.

Опилки + магнезиальные вяжущие = ксилолит (используют для теплоизоляции труб, полов, ступеней, подоконников)

Стружки + магнезиальные вяжущие = фибролит (панели, перегородки стен).

66

Естественный асбест: CaSiО3*3MgSiО3 – благодаря своей огнестойкости, малой теплопроводности и волокнистой структуре широко используется для горячей теплоизоляции в виде асбестовой ткани, бумаги, войлока.

На базе асбеста (15%) и магнезита производят термоизоляционный материал ньювель, что в виде искусственных изделий или порошка используется для изготовления теплоизоляционных мастик для горячих поверхностей.

На базе измельченного асбеста (15%) и доломита вырабатывают совелит – для горячей теплоизоляции оборудования и трубопроводов.

Из цементного теста с асбестом (20%) получают шифер.

67

Лекция № 17.

Стекло, гидравлические вяжущие, силикатный цемент (портландцемент).

Жидкое стекло (растворимое стекло):

В своем большинстве силикаты не растворяются в воде. Лишь силикаты щелочных металлов образуют с водой вяжущие вещества, которые известны под названием жидкое (растворимое) стекло. Это натриевый, или калиевый силикат состава Na2O·nSiО2 или K2O·nSiО2. Величина n равняется от 2 до 3,5 и называется силикатным модулем. Используют главным образом натриевое стекло, так как оно более доступное. Жидкое стекло – это минеральный клей, который не горит, не гниет. Оно твердеет на воздухе вследствие высыхания и выделения аморфного кремнезема под действием СО2 воздуха

Na2O·nSiО2 + СО2 = Na2CO3 + nSiО2

Жидкое стекло твердеет также под действием кислот, минеральных солей и термообработки. Это вещество используют для затворения кислотостойкого цемента и бетона, для предотвращения поверхности камня от выветривания, производства огнезащитных красок, замазок, светонепроницаемых штукатурок по бетону и прочее. Добывают сплавлением кварцевого песка с содой:

SiО2+Na2CО3 = Na2SiО3+CO2 или SiО2+2NaОН=Na2SiО3+Н2О

Оконное стекло (обычное):

Состав оконного стекла выражается формулой: Na2O·CaО·6SiО2 = NaCa(Si3O7)2 (приближенно).

Стекло добывают сплавлением в специальных печах смеси соды, известняка и белого песка при Т =14000С. Процесс протекает по реакции:

Na2CO3+CaCO3+6SiО2=Na2O·CaО·6SiО2+2CO2

Если вводить в стеклянную массу другие оксиды или карбонаты других металлов, то получают разные специальные сорта стекла, которые отличаются теми или другими свойствами (оптическими, механическими, тугоплавкими).

После охлаждения и твердения расплавленной массы получают стекло в аморфном состоянии; его следует рассматривать как переохлажденную жидкость. От твердых растворов, которые имеют кристаллическую решетку, температуру плавления и твердения, стекло отличается тем, что не имеет постоянных tплав и tтверд. .

Цветное стекло имеет такие примеси: Fe – зеленое, Fe2O3 – бурое, СоО – синее, Mn – розовое; MnО2 – лиловый – красноватое - лиловое; Cr2O3 – зеленое.

Оптическое стекло имеет примеси: Pb; ВаО и В2О3, которые повышают твердость, прочность, плотность, показатель преломления.

Стеклянные изделия, которые покрытые тонкой пленкой SiО2, предотвращают разрушения водой и другими реагентами.

Если заменить соду (Na2CO3) поташом (К2СО3), получают тугоплавкое стекло (для химической посуды).

Если заменить соду поташом, а мел (СаСО3) – оксидом свинца, получают кристаллическое стекло, оно имеет большую светопреломляющую способность и применяется для изготовления художественной посуды.

Измельченное стекло, а также стекловата – немного растворяются в воде, полученный раствор имеет вследствие гидролиза рН 7

68

Разрушение стекла:

А) При нагреве со щелочами, а также с солями щелочных металлов, например, с Na2CO3 протекает реакция по уравнению:

2NaOH+ SiО2=Na2SiО3 + H2О

Б) В плавиковой кислоте стекло растворяется по уравнению: SiO2 + 4HF = SiF4+2H2O

Стекло с течением времени при первой обработке изменяет свою структуру на кристаллическую. Такие минералы называются ситалами.

Шлакоситалы – на базе шлаков металлургии – хороший строительный материал. Стекловолокно – прочные гибкие нити, получают, протягивая расплав через фильтры. Стеклопластики – по прочности не хуже чем сталь (молотый известняк, угольная пыль

– сырье).

Кварцевое стекло : изготовляется прямо из расплавленного в электропечи кварца; оно очень тугоплавкое, пропускает УФ (тогда как обычное стекло задерживает УФ) за счет присутствия Fe2O3, а также имеет маленький коэффициент расширения. Применение: ртутные лампы, лабораторная посуда и прочее.

Гидравлические вяжущие

По составу и содержанию различных примесей делятся на три группы:

1)Основные вяжущие, которые не содержат активных или инертных примесей (наполнителей), или содержат их не более чем 10-15%. Это портландцемент, глиноземистый цемент, гидравлическая известь.

2)Производные вяжущих (смешанные), которые содержат более чем 15% активных кремнеземных примесей, или доменного шлака (жужелицы); или более чем 10% инертных примесей. Их получают путем смешивания портландцемента или извести с определенными примесями. К производным вяжущим относятся: шлакопортландцемент и прочие шлаковые цементы, цементы с активными минеральными примесями.

3)Специальные вяжущие, которые имеют особый состав, или вмещают специальные примеси (цементы сульфатостойкие, гидрофобные, пластификаторы, водонепроницаемые, белые и цветные.)

Портландцементы (силикатный цемент). Производство.

Для изготовления портландцемента в качестве исходного сырья используют смесь: известняк (75%) и глины (25%). В некоторых местностях, например вблизи Новороссийска , встречается осадочная порода, которая называется мергелем и близкая по составу к этой смеси.

Обжиг ведется в горизонтальной с небольшим наклоном печи длиной 100-170 м и диаметром 5 м. Исходный материал, хорошо перемешанный, поступает в верхнюю часть печи и медленно передвигается книзу. Печь медленно оборачивается. Обогрев внутренний – в потоке накаленных газов (сжигание мазута).

В первой зоне - наиболее холодной зоне - смесь высушивается (зона сушки)

Во второй зоне - 500-8000С - выгорает органика, глинистые минералы теряют воду (зона подогрева или дегидратации)

В третьей зоне - 900-12000 С - происходит распад известняка (зона кальцинирования – декарбонизации)

СаСО3 СаО + СО2 При –10000С распадается безводная глина

Al2O3 *2SiО2 Al2O3 + 2SiО2

69

Этот распад облегчается присутствием основного оксида - СаО

Вчетвертой зоне - при 1200-13000С - происходят процессы соединения оксидов с выделением теплоты (экзотермическая зона)

Получаются соединения: 2СаО·SiО2; 5CаO·3Al2O3; 3CaО·Al2O3; 4CaО·Al2O3·Fe2O3 2CaО·Fe2O3; CaО; MgО.

Впятой зоне - 1450-15000 - происходит связывание всех оксидов кальция:

СаО + 2СаO·SiО2 3CaО·SiО2

образование твердого продукта, который называется цементным клинкером. (зона спекания).

В шестой зоне - 1000-12000С – зона охлаждения.

После этого цементный клинкер дробят, прибавляют природный гипс от 3 до 5% с целью замедления сроков твердения. Такой молотый мелкодисперсный продукт называют цементом.

Состав клинкера портландцемента:

Химический состав: СаО – 60-67%; SiО2 –21-24%; Al2O3 – 4-7%; Fe2O3-2-4%;

Минералогический состав:

3CaО·SiО2 – трехкальциевый силикат – сокращенно С3S – 40-60% (алит) 2CaО·SiО2 – двухкальциевый силикат – сокращенно С2S – 15-35% (белит) 3СаО·Al2O3 – трехкальциевый алюминат – сокращенно С3A – 7-16% (целит)

4СаО·Al2O3·Fe2O3 – четырехкальциевый алюмоферрит – сокращенно С4АF – 10-18% (селит)

Примеси : СаSO4, Na2SO4, K2SO4, TiО2, MnО2, фосфаты, соединения Mg и др – до 2%. Эти силикаты и определяют основные свойства цемента схватываться и твердеть при

затворении водой.

Разные сорта цемента отличаются между собой гидравлическим модулем (М).

[CaO]

M

[SiO2] [Al2O3] [Fe2O3]

Концентрации оксидов берутся в массовых процентах.

Гидравлический модуль (М) – это отношение содержания в цементе основных оксидов к кислотным. Опытным путем найдено, что высокие качества цемента наблюдаются тогда, когда М 2.

Процессы схватывания и твердение цементов.

Причиной твердения цемента, как и других вяжущих минеральных веществ, согласно теории А.Л. Байкова, есть образование в затворимых растворах коллоидной массы в виде студня(геля). Возникающая вязкая масса частично или полностью кристаллизуется, в результате чего вся масса отвердевшего вещества будто бы пронизана кристаллами.

В первом приближении этот процесс можно объяснить так: вследствие того, что минералы клинкера это соли сильного основания и слабой кислоты, то они гидролизуются и образуют кристаллогидраты в среде насыщенного раствора Са(ОН)2

Тогда протекают реакции:

1) 3СаО·SiО2 + (n+1)H2O = 2CaО·SiО2·nН2O + Ca(OH)2

При большом избытке воды эта реакция может протекать до конца, т.е. до образования Са(ОН)2 + SiО2, но вода прибавляется в таком количестве, что гидролиз протекает частично с образованием пересыщенного раствора Са(ОН)2 .

2) 2СаО·SiО2 + nН2O = 2CaО·SiО2·nН2O

двукальциевый гидросиликат не растворяется в воде и сначала выделяется в виде геля в коллоидном состоянии

70

3) 3СаО·Al2O3 + 6H2O = 3CaО·Al2O3*6H2O

Вследствие малой растворимости это соединение, как и Са(ОН)2 образует вначале насыщенный, а потом и перенасыщенный раствор, из которого выделяются гель, а потом кристаллы.

4) 4СаО·Al2O3·Fe2O3 + mН2O 3CaО·Al2O3·6H2O + CaО·Fe2O3·(m-6)H2O

Гель, который получается, склеивает частицы цемента, а в цементно-песчаной смеси также и зерна песка. Цементное тесто начинает сгущаться, терять свою пластичность. Этот процесс называют схватыванием цементного теста.

В дальнейшем Са(ОН)2 и 3СаO·Al2O3·6H2O начинают переходить в более стойкое кристаллическое состояние и кристаллы, которые получаются, срастаются друг с другом. Одновременно происходит уплотнение геля вследствие его обезвоживания. Все это ведет к твердению цементного теста, вследствие чего оно превращается в цементный камень (каменное тело). Позднее начинается уплотнение и перекристаллизация 2СаО·SiО2·nН2O

Следует подчеркнуть, что все эти процессы происходят одновременно. Минералогические составляющие клинкера неодинаково быстро взаимодействуют с

водой:

алит (3СаО·SiО2) – наиболее быстро реагирует с водой и служит причиной повышения прочности в начале твердения;

белит (2СаО·SОi2) – твердеет в начальной стадии медленно, но потом твердеет быстрее и со временем набирает прочность;

целит – твердеет быстро, но продукты твердения имеют маленькую прочность. Цементы высокого качества изготовляют с повышенным содержанием алита.

Влияние степени дисперсности помола, температуры и количества воды на твердение цемента.

Вода – это вещество, которое вступает в химические реакции с минералами цемента. С другой стороны реакции с водой опережают растворение силикатов. Последний процесс гетерогенный и протекает тем быстрее, чем больше поверхность контакта воды и порошка, т.е. чем больше степень измельчения цемента. С ростом температуры скорость химических реакций возрастает, увеличивается и растворимость веществ.

Таким образом:

1.Срок схватывания цементного теста тем меньше, чем выше степень измельчения цемента (скорость растворение в воде исходных силикатов большее).

2.Чем выше температура воды, которая используется для затворения цемента, тем

быстрее происходит схватывание цементного теста. Так, при t -100С схватывание цементов полностью прекращается в первую очередь из-за замерзания водных растворов. Начинается оно приблизительно при 00С.

3. Чем меньше воды и более сухой воздух тем улавливание цемента происходит быстрее. Но согласно химическим уравнениям, вода нужна и для чисто технических условий, поэтому воды обычно берут приблизительно 23-33% (массовых).