25. Твердение портландцемента. Химический и минералогический состав портландцемента и его влияние на основные свойства.

При смешивании цемента с водой образуется цементное тесто, которое легко формируется и обладает пластичностью в течение 1-3 часов после его приготовления. Затем наступает период схватывания цементного теста, который заканчивается через 5-10 часов. При этом цементное тесто загустевает, теряет подвижность и в конце схватывания превращается в камень. Переход цементного теста в твердое состояние означает конец схватывания и начало твердения, сопровождающееся нарастанием прочности. Твердение при благоприятных условиях длится годами – вплоть до полной гидратации цемента.После затворения водой частицы цемента растворяются с поверхности и одновременно начинаются химические реакции:  2(3СаО SiO2) + 6 H2O = 3СаО 2 SiO2 3 H2O + 3Са(ОН)2;  2(2СаО SiO2) + 4 H2O = 3СаО 2 SiO2 3 H2O + Са(ОН)2; 3СаО Al2O3 + 6 H2O = 3СаО Al2O3 6 H2O ; 4СаО Al2O3 Fe2O3 + (m + 6) H2O = 3CaO Al2O3 6 H2O + CaO Fe2O3 m H2O. Взаимодействие алита с водой происходит быстро и сопровождается выделением трудно растворимого гидросиликата кальция и свободного гидроксида кальция Са(ОН)2. Белит является менее основным, т.е. содержит меньше щелочной окиси кальция. В результате гидратации С3А образуется стабильная форма – шестиводный гидроалюминат, выделяющийся в виде кристаллов кубической формы. Эта химическая реакция протекает очень быстро и ведет к раннему структурообразованию в цементном тесте.  Для замедления сроков схватывания при помоле клинкера добавляется 3 – 5 % от массы цемента природного гипса, который реагирует с С3А и связывает его в гидросульфоалюминат кальция (минерал эттрингит) в начальные сроки гидратации цемента: 3СаО Al2O3 + 3(СаSO4 2 H2O) + 26 H2O = 3СаО Al2O3 3СаSO4 32 H2O. Процессы твердения портландцемента протекают сначала быстро, а потом замедляются. На 3-4 сутки цемент имеет 30 – 50 % марочной прочности; на 7-е сутки – 60 – 70 %, на 15-е – 85 % и на 28-е – 100%. В дальнейшем прочность продолжает нарастать и при благоприятных условиях за 2-3 года достигает 200 – 300 % марочной прочности.  Тепловлажностная обработка ускоряет процессы твердения портландцемента. В портландцементный клинкер входят следующие основные окислы, %: окись кальция СаО — 63—67; кремнезем SiO₂ — 21—24; глинозем AJ,O₃ — 4—7; окись железа Fe₂O_:3 — 2. При повышенном содержании окиси кальция увеличивается скорость твердения портландцемента, по­вышается прочность и несколько снижается водостойкость. Содержа­ние кремнезёма более 24% замедляет сроки твердения цемента в на­чальный период, но при этом интенсивнее нарастает прочность в по­следующем; такие цементы отличаются лучшей водостойкостью. Повы­шенное содержание А1₂О₃ ускоряет твердение цемента в начальный период, ко цемент получает пониженную водо-, сульфато- и морозо­стойкость. Окись железа снижает температуру спекания клинкера и повышает стойкость цемента к действию сульфатных вод. |Основными минералами портландцемента _л являются: трехкальциевыи силикат 3CaO*Si0₂ или С₃S(алит), двух- кальциевый силикат 2CaO*SiO₂ или C ₂S (белит), трехкальциевый алюминат ЗСаО*А1₂О₃ или С₃А (целит), четырехкальциевый алюмо- феррит 4СаО• А1₂О₃• Fe₂О₃ или C₄AF.

Эти минералы содержатся в~ портландцемёнтном клинкере в следующих пределах %: 3CaO*SiO₂> — 45—60; 2CaO*SiO₂ — 15—35;^) ЗСаО*А1₂О₃ — 4—14; 4СаО*А1₂О₃* Fe₂O₃ — 10—18Алита и белита вместе обычно содержится 70—80%, т.е. в портландцемеитном клинкере количественно преобладают силикаты каль­ция. Кроме основных минералов в нем также содержатся в небольшом количестве и.другие минералы — алюминаты и алюмоферриты каль­ция 5СаО*А1₂О₃, 8CaO*3Al₂O₃*Fe₂O₃, а также феррит кальция 2СаО*Fe₂O₃.Минералогический состав клинкера — одна из наиболее полных и надежных его характеристик.