42.Твердение портландцемента

Твердение ПЦ – является сложным комплексом химических, физико-химических и физических процессов.

С физической – постепенное загустевание цементного теста и превращение в камневидное тело.

С химической точки зрения переход клинкерных минералов в водные формы.

Химические процессы:

Возникают гидратированные соединения: гидросиликаты, гидроалюминаты, гидроферриты, гидросульфоалюминаты кальция, гидроксид кальция и др.

СаО-SiO₂-Н₂О – исследовано более 20 различных соединений.

Процесс гидратации трехкальциевого силиката:

2(3СаО∙SiO₂) + 6Н₂О = 3СаО∙2SiO₂∙3Н₂О + 3Са(ОН)₂

Выделяется определенное количество извести.

К месячному возрасту гидратируется 70-80% С₃S, полная гидратация завершается в год.

С₂S гидратируется более 4 лет.

С₃А гидратируется очень быстро с большим выделением тепла.

4САF гидратируется немного медленнее, чем С₃S.

Реакции гидратации начинаются сразу после затворения цемента водой. В течение нескольких минут образуются первые гидратные фазы – эттрингит (гидросульфоалюминат кальция) и гидроксид кальция. Приблизительно через час возникают первые гидросиликаты. Они создают пространственную структуру – начинается процесс схватывания.

43.Структура цементного теста и цементного камня

Цементное тесто – пастообразное тело, обладающее на ранних стадиях твердения определенной подвижностью.

Структурные свойства цементного теста связаны с его удобоукладываемостью. При механическом разрушении структуры (перемешивание, вибрирование, обработка ультразвуком) структурная вязкость системы падает и структура становится текучей.

Добавки ПАВ – снижают структурную вязкость.

Добавки трепела, опоки резко повышают структурную вязкость.

Структурная вязкость резко увеличивается в период свхатывания.

Пока тесто сохраняет подвижность, в нем под влиянием сил тяжести происходят процессы седиментации. В результате тесто уплотняется, на поверхности образуется тонкая пленка воды.

Некоторые цементы удерживают воду, некоторые обладают высоким водоотделением. Удельное водоотделение ПЦ колеблется в пределах 3,5-6% (количество воды, отделившейся от единицы объема теста), бывает до 10-15% или 0,2-0,5%. В бетонных смесях водоотделение больше. Водоотделение играет отрицательную роль:

• При послойной укладке уменьшается сцепление между слоями

• Вода отделяется под зернами заполнителя и арматуры

• Поверхностный слой становится пористым и рыхлым.

Положительная роль водоотделения – при формовании вакуумированием, центрифугированием облегчается удаление части воды.

Для повышения водоудерживающей способности применяют ПАВ, вводят трепел, опоку, которые набухая удерживают воду.

В начальные сроки твердения цементного теста увеличивается его объем (через сутки 0,1-1%). Это объясняется тепловым расширением.

Цементный камень обладает определенной пористостью:

Гелевые поры 10-1000 А (возникают в геле при твердении цемента)

Капиллярные поры 0,1-1 мкм

Макропоры 0,05-2 мм.

Для затворения цемента берется воды больше, чем требуется для химических реакций, поэтому образуются капиллярные поры. При полной гидратации цемента связывается 25-28% воды (но такая гидратация не достигается даже через несколько десятков лет). Поэтому часть воды испаряется, либо остается в капиллярах.

От общей пористости и характера распределения пор в цементном камне зависят водопроницаемость, мрз, стойкость к воздействиям агрессивных сред, деформативность. Общая пористость цементного камня зависит от В/Ц. При В/Ц 0,35-0,7 составляет 25-50%.