5. Твердение портландцемента

Происходит при его взаимодействии с водой. При этом протекают химические реакции гидратации между минералами цемента и водой

1. Гидратация алита. 2(3CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2О+3Ca(OH)2. Алит является химически активным минералом и реагирует с водой достаточно быстро с образованием в ранние сроки твердения прочного гидросиликата кальция. Эта реакция сопровождается выделением большого количества тепла.

2. Гидратация белита. 2(2CaO·SiO2)+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2О+Ca(OH)2. Белит – самый химически неактивный минерал. Реакция гидратации протекает крайне медленно, но с образованием в поздние сроки твердения прочного гидросиликата кальция. При твердении белита выделяется незначительное количество тепла.

3. Твердение С3А. 3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O. С3А - самый химически активный минерал и реакция твердения протекает очень быстро, но в результате образуется малопрочное соединение – гидроалюминат кальция. Тепловыделение этого процесса – значительное. Если этой реакции дать осуществиться, она вызовет явление т.н. ложного схватывания цемента. Чтобы этого не случилось при помоле вводят гипс, который связывает С3А по реакции: 3CaO·Al3O3+3CaSO4·2H2O+25H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O. Образующийся гидросульфоалюминат кальция кристаллизуется в мягком цементном тесте и дополнительно его упрочняет.

4. Твердение С4AF. 4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃+10H₂O+2Ca(OH)₂= 3CaO·Al₂O₃·6H₂O+3CaO·Fe₂O₃·6H₂O. По тепловыделению и скорости твердения он находится между алитом и белитом и большого влияния на твердение цемента не оказывает.

1. Свойства и технические характеристики портландцемента.

1. Истинная плотность р=3.0-3.2 г/см3.

2. Средняя плотность р0=900-1100 кг/м3.

3. Тонкость помола определяется сетовым анализом при просеивании через сито №0.08 с диаметром ячеек 0.08 мм. Цемент соответствует ГОСТу, если через это сито проходит не менее 85% от массы пробы.

4. Удельная поверхность, которая представляет собой суммарную поверхность всех зерен цемента, находящихся в 1 г. для обычных цементов она составляет 2800-3000 см2/г.

5. Сроки схватывания. Начало схватывания не ранее 45 минут, конец не позднее 10 часов. Твердение цемента можно регулировать: ускорять или замедлять, вводя химические добавки. Ускорители твердения: хлористый кальций СaCl2, карбонат калия K2CO3 и др. Замедлители: сульфаты железа.

6. Водопотребность. Вода нужна для протекания реакции гидратации и для придания цементному тесту необходимой подвижности для протекания реакции гидратации требуется примерно 15% воды, но для обеспечения подвижности цементного теста ее берут больше: 21-28% от массы цемента. Водопотребность определяется нормальной густотой: водоцементным отношением В/Ц, выраженным в процентах, при котором цементное тесто имеет стандартную подвижность, определяемую прибором Вика.

7. Влияние температуры на твердение цемента. При понижении температуры твердение цемента замедляется, т.к. уменьшается скорость протекания гидратации. Ниже 0ºС твердение цемента прекращается, т.к. вода превращается в химически инертный лед. Если замороженное цементное тесто разморозить, твердение возобновляется, но его прочность будет существенно ниже. При повышении температуры твердение цемента ускоряется, т.к. повышается скорость протекания реакции гидратации (в 2-4 раза). Но этот процесс во избежание испарения воды должен протекать в атмосфере повышенной влажности.

8. Прочность. Она выражается маркой портландцемента М. За марку принимают предел прочности при изгибе образцов балочек размером 4х4х16 см и сжатий их половинок. Образцы изготавливаются из цементно-песчаного раствора состава 1:3 и испытываются через 28 суток нормального твердения при комнатной температуре и влажности, близкой 100%. Выпускают цемент 4 основных марок: М300, М400, М500 и М600. (Rсж = 300-600 кгс/см2 = 30-60 МПа). Марка – прочностная характеристика, с которой цемент выпускается цементным заводом. При длительном хранении или транспортировке происходит гидратация цемента влагой воздуха, что приводит к снижению прочности. Активность – прочность цемента, оставшуюся от марочной на данный момент времени. Она определяется аналогично марке и с течением времени уменьшается.