Гидратация цемента – что это такое?

Что такое гидратация цемента и для чего нужно знать процессы, происходящие с ним

Гидратация цемента – это процесс прохождения реакции между компонентами смеси и водой. Без воды бетонный раствор получить не удастся, так как именно при ее добавлении начинается стадия схватывания цемента, а потом и твердения. Эти два этапа считаются основными для приобретения смесью заявленных характеристик (в первую очередь прочности, а также других важных параметров).

Согласно стандартам, начало схватывания портландцемента должно наступать через 45 и более минут после замеса смеси. После того, как процесс схватывания завершился (до 3 часов по регламенту), начинается твердение цементного раствора. Это более длительный процесс, который может занимать годы.

Марочной прочности бетонная смесь достигает через 28 дней, но и по истечении этого периода процесс твердения и набора камнем прочности продолжается.

Знать о том, каким образом проходит схватывание и твердение портландцемента, нужно обязательно. Уделив внимание этим этапам, удастся избежать ошибок при замесе и заливке, которые часто приводят к потере раствором клеящей способности, понижению прочности, деформациям и другим неприятным последствиям. Немаловажны эти знания и для производства, использования разнообразных добавок к цементу, которые меняют определенные характеристики и свойства монолита, способны продлевать или сокращать стадии.

Гидратация – что это такое

Гидратация цемента – это физико-химический процесс связывания воды и ингредиентов цементного порошка. Тут стоит внимательнее изучить состав цемента и понять, каким образом взаимодействуют с водой различные компоненты, как они влияют на сроки схватывания цемента и другие характеристики.

Компоненты, входящие в состав цемента:

  • С2S – двухкальцивеый силикат
  • С3S – трехкальциевый силикат
  • С3А – трехкальциевый алюминат
  • С4АF – четырехкальциевый алюмоферит

Влияние компонентов на гидратацию:

  1. Двухкальциевый силикат начинает работать через месяц после затвердения монолита. Все время он пребывает в покое, ожидая очереди. Специальные пластификаторы, добавляемые в смесь, позволяют существенно сократить этот период покоя без риска потери прочности бетоном. Данный компонент работает в долговременной перспективе, положительно влияет на укрепление бетонного монолита.
  2. Трехкальциевый силикат работает все время существования цемента. Он является основой смеси, запускает процесс гидратации. При его прохождении выделяется тепло, значительно повышая температуру раствора.
  3. Трехкальциевый алюминат в ответе за процесс схватывания, так как является самым активным минеральным компонентом и обеспечивает нарастание прочности бетона на протяжении первых дней. Дальше он перестает работать.
  4. Четырехкальциевый алюмоферит минимально воздействует на процесс набора прочности бетона и его твердение, но все равно очень важен в составе. Он работает в финале, когда затвердевание цемента уже запущено, улучшая характеристики и завершая процесс.

Все минеральные составляющие цемента важны для его качества и правильного прохождения процесса гидратации. При смешивании портландцемента с водой в составе сразу создаются новые внутрикристаллические связи, демонстрирующие постепенно нарастающую прочность и доводящие бетон до состояния искусственного камня.

Ввиду того, что сроки схватывания цемента невелики и составляют в норме от 45 до 90 минут, готовить смесь нужно непосредственно перед использованием, чтобы успеть залить и выполнить все работы до начала достижения реакцией того этапа, когда работать со смесью уже невозможно (трудно заливать) или бесполезно (понижается уровень прочности).

Для полного прохождения реакции гидратации соотношение объемов цемента и воды обычно берут равное 3:2. Химически связывается до 25% молекул воды, остальные же остаются в гелевых порах бетона, пребывая в физически связанном виде. Уменьшение объема воды приведет к неполной гидратации, повышение – к появлению капиллярных пор в процессе связывания, что понижает прочность. Точные объемы составляющих всегда указываются в инструкции к цементу или рецептуре приготовления конкретной марки бетона.

Схватывание цемента

Стандартные сроки схватывания цемента:

  • При комнатной температуре – до 3 часов
  • При низкой температуре – до 20 часов
  • При высокой температуре (если бетон находится в камере пропаривания) – до 20 минут

Существуют разные типы цемента, которые выделяют в соответствии со временем схватывания. Медленный цемент начинает схватываться по истечении 2 часов после замеса, средний – через 45-120 минут, быстрый – через 45 минут. Даже если условия неблагоприятные для прохождения реакции, цемент схватывается максимум за сутки.

После того, как бетон схватился, он еще не обладает всеми параметрами по стандарту и продолжать строительные работы запрещено. Бетон может разрушаться даже при минимальных нагрузках, терять характеристики, неравномерно застывать и т.д. Поэтому в процессе набора прочности цемента нужно прекратить работы и обеспечить идеальные условия.

Процесс твердения цемента

Это второй и более длительный этап, который следует сразу за схватыванием. Твердеть цемент может на протяжении многих лет. Максимальных (100%) показателей прочности смесь достигнет через несколько лет, но уже через 28 суток набирает большую часть (до 90-95%), пригодных для выполнения дальнейших работ и эксплуатации.

Обычно процесс твердения цемента запускается через сутки после начала реакции гидратации. Сначала бетон не прочный и подвержен негативному воздействию среды: частицы цемента уже кристаллизировались, скрепили заполнитель смеси вокруг себя, но пока связи чрезвычайно хрупкие и могут легко разрушиться.

Минимальные механические воздействия разрушают связи и восстановлению они не подлежат. Так, если походить по твердеющей стяжке, соединения разрушатся и уже никогда не схватятся: в местах, где было воздействие, в скором времени бетон начнет высыпаться, трескаться и крошиться.

Для обеспечения нормальных характеристик бетона застывания его нужно дожидаться правильно – в первые 14-20 дней создать влажную среду, брызгать водой при необходимости, защищать от ультрафиолета. Бетон должен застыть, но никак не высохнуть (в таком случае не избежать трещин, деформаций, увеличения усадки и других неприятностей).

Гидратация цемента – самый важный процесс, который должен проходить по технологии. Поэтому до начала работы с раствором необходимо правильно определить водо-цементное отношение, пропорции компонентов, изучить инструкцию и обеспечить раствору идеальные условия для прохождения всех реакций.

Важная величина: как узнать время схватывания бетона

Бетон – один из наиболее применяемых в современном строительстве материалов благодаря прочности, доступности, разнообразию видов и методов обработки.

Замешанное из цемента и воды с добавлением заполнителей «тесто» может принимать любую заданную форму и, в результате твердения, образовывать прочный, долговечный материал – цементный камень.

Стадии набора прочности бетона

Как происходит превращение подвижного раствора в твердое вещество?

Чтобы понимать этот процесс, нужно представлять состав бетона.

Главным компонентом бетонной смеси является портландцемент. Это вяжущее составляющее, в основе которого 4 минерала:

C2S двухкальциевый силикат,

C3S трёхкальциевый силикат,

C3A трёхкальциевый алюминат,

C4AF четырёхкальциевый алюмоферрит.

Для приготовления бетонной смеси портландцемент смешивается с водой и заполнителями (шлак, гравий, щебень, песок). Иногда в смесь добавляются те или иные присадки, в зависимости от желаемых свойств бетона.

Минералы, входящие в состав цементного клинкера, при смачивании водой вступают в реакцию гидратации, в процессе которой образуются новые соединения, и бетон образует кристаллическую структуру.

Таким образом, твердение бетона – это кристаллохимический процесс.

В твердении бетона выделяют две стадии:

Бетон начинает схватываться уже через 2 часа, а через 60 минут после начала процесса он уже схватится. Пока бетон не схватился, его подвижность сохраняется.

Иногда, при невозможности немедленно заняться укладкой бетона, смесь слишком долго перемешивают, чтобы она не схватывалась. Это влияет на качество бетона не лучшим образом.

После того, как бетон схватился, начинается процесс твердения.

Сколько времени требуется на застывание

Полное отвердевание бетона может продолжаться многие месяцы, но во время строительных работ нужны определенные ориентиры, которых можно придерживаться.

Преждевременная нагрузка на бетон ную конструкцию может разрушить не набравший достаточной прочности бетон , а передерживание бетона в опалубке удорожает строительные работы и увеличивает продолжительность строительства.

Расчетной прочностью бетона называют ту прочность, которую бетон определенного класса достигает при нормальных условиях через 28 дней.

Срок твердения бетона без добавок

Как быстро бетон наберет прочность, зависит от многих факторов. В нормальных условиях скорость отвердевания бетона без добавок зависит от класса бетона.

В быту до сих пор встречается словосочетание «марка бетона». Оно ошибочно: по маркам классифицируется цемент, а бетон подразделяется на классы.

Таблица 1. Старая и новая маркировка бетона

Факторы, влияющие на твердение цементного раствора

Срок застывания бетона зависит от различных факторов:

качества исходных материалов;

температуры и влажности воздуха;

обработки бетона (утрамбовывание, виброобработка);

ухода за бетоном;

использования специальных добавок.

Согласно ГОСТ, нормальными условиями твердения бетона являются:

температура воздуха 18–22°С;

относительная влажность воздуха 100%.

При изменении температуры меняется и скорость затвердевания бетона. При повышении температуры в диапазоне 0°С – 100°С каждые 10°С повышения температуры увеличивают скорость протекающих процессов в 2–4 раза.

График твердения бетона при разных температурах

Когда температура становится выше, схватывание и отвердение бетона ускоряются; при понижении температуры – замедляются. При температуре ниже 5° С процесс набора прочности резко замедляется, а при отрицательных температурах прекращается.

Уменьшение влажности воздуха замедляет процесс застывания, поскольку бетон быстрее сохнет, и воды становится недостаточно для гидратации.

Способы регулирования скорости отвердевания бетона

В зависимости от задач, может потребоваться увеличить или снизить скорость твердения бетона. Можно повлиять на процессы температурно или химически.

Ускорение твердения

Для увеличения скорости твердения, применяют:

снижение водоцементного соотношения (повышение жесткости смеси, что снижает удобоукладываемость);

добавление в бетон специальных добавок-ускорителей.

Замедление твердения

Когда может понадобиться замедление отвердевания:

при изготовлении высокомарочных смесей, которые застывают очень быстро из-за повышенного содержания вяжущего компонента;

при необходимости транспортировки готовой смеси на дальние расстояния;

при заливке бетона в несколько этапов.

В этих случаях применяют специальные добавки, которые замедляют реакцию гидратации и гидролиза минералов клинкера, откладывая процесс схватывания на несколько часов.

Как узнать точное время затвердевания бетона?

Сроки полного отвердевания разных видов бетона варьируются в зависимости от состава. Примерное представление о продолжительности процессов твердения бетона с использованием марок цемента М200, М250, М300, М400, М500 и так далее, можно узнать из статей, графиков, специальных таблиц.

Таблица 2. Время застывания бетона на портландцементе М400, М500

Для того чтобы точно узнать, сколько времени понадобится, чтобы получить расчетную прочность бетона, используются два метода:

Узнать точные данные в лаборатории производителя.

Вызвать технолога на объект для взятия проб. Для образцов используют кубические отливки со стороной 10 см, которые должны твердеть в тех же условиях, что и основная конструкция. Затем проводятся испытания разрушающими методами, которые точно показывают марочную прочность бетона и сроки его схватывания и полного отвердевания.

Время застывания бетона в опалубке

Своевременная распалубка бетона повышает оборачиваемость оборудования для опалубки и оптимизирует сроки строительства.

Распалубочной прочностью называют прочность, достаточную, чтобы снять опалубку и дать стартовую нагрузку. Обычно она составляет 70% от расчетной прочности (или другую величину, оговоренную в проектной документации).

Для не ответственных конструкций, например, стяжек, отмостк и и других конструкций , работающих только на сжатие, допустима распалубка на 3–5-й день, по достижении прочности 30–40% от расчетной.

Современные бетоны с добавками могут достигать распалубочной прочности за 1–2 дня.

Сколько времени бетон застывает в воде

Твердение в воде – лучшие условия для набора прочности бетона. Непрерывное выдерживание в воде способствует более интенсивному увеличению модуля упругости, чем твердение на воздухе.

При выдерживании бетона на воздухе, на его поверхности, в результате обезвоживания, прекращается реакция гидратации, и образуются ячейки и поры; застывший на воздухе цементный камень имеет больше дефектов структуры, меньшую плотность и более высокую подверженность коррозии.

Уход за бетоном после заливки

Уход за бетоном имеет цель создать такие условия твердения, при соблюдении которых бетон будет набирать заданную прочность с нужной скоростью, а его структура будет максимально качественной.

Для оптимизации процесса отвердевания решающее значение имеет обеспечение правильной температуры и высокой влажности.

После укладки бетонной смеси и ее уплотнения (если таковое производилось), проводятся специальные мероприятия по уходу за бетоном.

Защита от испарения влаги

Отвердевание бетона внешне похоже на высыхание, но на самом деле, это реакция, которая происходит с обязательным участием воды. При застывании бетона на воздухе, его поверхность быстро высыхает, и реакция гидратации прекращается. Образуется разность давления в толще бетона и на его поверхности, что приводит к появлению дефектов в виде трещин .

Читайте также:  Штроборез по бетону - Рейтинг 10 лучших моделей

Для защиты от пересыхания поверхность бетона закрывают водонепроницаемыми материалами, такими, как пленка, брезент, в некоторых случаях, слой опилок или песка, который постоянно смачивают.

Обеспечение равномерной температуры

При заливке массивных конструкций (например, плит фундамента) возникает еще одна проблема – температурный градиент.

Реакции гидратации происходят с выделением тепла. В массивных конструкциях возникает разница между температурами в толще бетона и на его поверхности. В толще слоя бетона температура может достигать 50–80°С. Если разница с температурой поверхности превышает 20–30°С, может произойти разрыв структуры бетона, что влечет интенсивное образование трещин на внешней стороне конструкции и потерю прочности.

Чтобы предотвратить градиент температур, необходимо снизить температуру всей конструкции. Для этого, после укрытия паро- или водонепроницаемым материалом, на поверхность бетона льют холодную воду, меняя ее после нагрева.

Снижение температуры не должно быть резким. Допускается снижать ее на 1–2° С в час, а для некоторых типов конструкций не более, чем на 12–13°С в сутки (эта информация указывается в регламенте).

Для проведения этих мероприятий необходимо знать точную температуру в толще бетона; по регламенту, ее необходимо измерять в первые сутки каждые 1–2 часа, а затем 1 раз в 8 часов и фиксировать полученные данные в специальных журналах . Для того, чтобы иметь возможность измерять температуру, при заливке в бетон вставляют трубочки на расстоянии не более 8 м друг от друга.

Защита от охлаждения

В зимнее время возникает задача сохранить тепло, поскольку при температуре ниже 0° С завердевание прекращается. Главной задачей становится обеспечение твердения до приобретения бетоном критической прочности.

Критической прочностью называют прочность в зимнее время, по достижении которой замерзание воды в порах бетона уже не носит разрушающий характер (обычно 30-50% от расчетной прочности).

Используются разные методы сохранения тепла:

Прогрев электродами или инфракрасным излучением (последнее технологически сложно).

Установка тепляков с прогретым воздухом.

Использование сохраненного тепла реакции гидратации («тепловой осмос» или «метод термоса), для которого поверхность бетона укрывают теплоизоляционными материалами, такими, как минераловатные плиты, рулонные материалы в несколько слоев.

Противоморозные добавки. Если раньше использовался хлорид кальция, сейчас его применение, как и других хлоридов, не рекомендуется из-за агрессивного воздействия на арматуру. Чаще используют формиат кальция или натрия и другие соли-электролиты, снижающие температуру замерзания воды либо готовые комплексные добавки, обладающие не только противоморозным, но и пластифицирующим действием.

Применение добавок-ускорителей совместно с тепловой обработкой. В этом случае добавки нужны для быстрого достижения критической прочности, затем, при помощи согревающих или сохраняющих тепло мероприятий, обеспечивается оптимальная температура до достижения расчетной прочности бетона.

Надо ли поливать бетон водой?

Поскольку водная среда оптимальна для завердевания, полив бетона водой целесообразен, но только в летнее время, особенно, в жаркую погоду. Интенсивное обеспечение влажности позволяет снизить вероятность появления дефектов.

Набор прочности бетона – сложный химический процесс, который зависит от множества факторов. Для оптимизации строительных работ используются методы тепловлажностной обработки бетона. Современное решение – использование специальных добавок, регулирующих скорость отвердевания.

Схватывание и твердение бетона или цемента.

Многие знают, что цемент при взаимодействии с водой твердеет и превращается в так называемый цементный камень. Однако, немногие знают суть этого процесса: как твердеет, почему твердеет, что нам даёт осознание происходящей реакции и каким образом мы можем на неё воздействовать. На сегодняшний момент понимание всех стадий гидратации позволяет учёным изобретать новые добавки в бетон или цемент, так или иначе воздействующие на процессы, происходящие в период схватывания цемента и твердения бетонной или ЖБИ конструкции.

Заводы выпускающие ЖБИ или товарный бетон могут пользоваться этими добавками с огромной пользой для себя. Это и экономия электроэнергии и газа за счёт сокращения сроков пропаривания ЖБИ изделий, и снижение трудозатрат на вибрирование, и скорость оборачивания формоснастки или опалубки, и экономия цемента, и улучшение качественных характеристик товарного бетона и изделий ЖБИ. Всё это возможно за счёт применения специальных добавок для бетона или цемента. Перечень используемых на сегодняшний день добавок довольно велик, поэтому ему посвящён отдельный раздел добавки в бетон.

Вообще, в процессе набора прочности бетона присутствуют две основные стадии:

    схватывание бетона довольно короткая стадия, происходящая в первые сутки жизни бетона. Время схватывания бетона или цементного раствора существенно зависит от температуры окружающего воздуха. При классической расчётной температуре 20 градусов начало схватывания цемента происходит примерно через 2 часа после затворения цементного раствора, а конец схватывания наступает примерно через три часа. То есть – процесс схватывания занимает всего 1 час. Однако, при температуре 0 градусов этот период растягивается до 15-20 часов. Чего говорить, если само начало схватывания цемента при 0 градусов начинается лишь спустя 6-10 часов после затворения бетонной смеси. При высоких температурах, например при пропаривании ЖБИ в специальных камерах мы ускоряем период схватывания бетона до 10-20 минут!

В течение периода схватывания бетон или цементный раствор остаются подвижными, на них ещё можно воздействовать. Тут действует механизм тиксотропии. Пока Вы “шевелите” несхватившийся до конца бетон, он не переходит в стадию твердения, и процесс схватывания цемента растягивается. Именно поэтому доставка бетона на бетоносмесителях, сопровождающаяся постоянным перемешиванием бетонной смеси, способна сохранить её основные свойства. При желании прочтите подробности про основные свойства и состав бетона.

Из личного опыта могу вспомнить экстраординарные случаи, когда наши миксера с бетоном стояли и “молотили” на объекте по 10-12 часов, в ожидании разгрузки. Бетон в такой ситуации не твердеет, но происходят некие необратимые процессы, существенно снижающие его качества в дальнейшем. Мы называем это свариванием бетона. Особенно критичны такие мероприятия летом в жару. Вспомните сокращённые сроки схватывания цемента при высокой температуре, о которых мы говорили выше. Менеджеры и диспетчера Компании BESTO стараются избегать подобных казусов, но иногда происходят непредвиденные ситуации, в основном связанные с обрушением некачественной опалубки. Бетон разливается, все бегают, пытаясь его собрать, восстанавливают опалубку, а время идёт, а ещё не разгрузившиеся бетоносмесители с бетоном стоят и молотят. Хорошо, если есть куда переадресовать, а если нет? Одним словом – беда.

  • твердение бетона это процесс наступает сразу после окончания схватывания цемента. Представьте, что мы при помощи бетононасоса наконец-то уложили бетон в опалубку, он благополучно схватился, и тут собственно и начинается процесс твердения бетона. Вообще, твердение бетона и набор прочности ЖБИ идёт не месяц, и не два, а годы. 28 суточный срок регламентирован лишь для того, чтобы гарантировать определённую марку бетона на тот или иной период. График набора прочности бетона или ЖБИ нелинеен и в первые дни и недели процесс происходит наиболее динамично. Почему же так? А вот как раз давайте разберёмся. Пришла пора поговорить про процесс гидратации цемента.
  • Минералогический состав и гидратация цемента

    Мы не будем здесь разбирать сами стадии получения портландцемента, для этого есть специальный раздел, описывающий производство цемента более подробно. Нас интересует лишь состав цемента и его основные компоненты, вступающие в реакцию с водой при затворении цементного раствора или бетона. Итак. В качестве основы портландцемента рассматриваются четыре минерала, полученные в результате всех стадий производства цемента:

    • C3S трёхкальциевый силикат
    • C2S двухкальциевый силикат
    • C3A трёхкальциевый алюминат
    • C4AF четырёхкальциевый алюмоферит

    Поведение каждого из них на разных стадиях схватывания бетона и его твердения, существенно отличается. Одни минералы вступают в реакцию с водой затворения сразу, другие немного погодя, а третьи – вообще не понятно зачем здесь “ошиваются”. Давайте рассмотрим всех по порядку:

    C3S трёхкальциевый силикат 3CaO x SiO2 минерал участвующий в процессе нарастания прочности цемента в течение всего времени. Без сомнения, он является главным звеном, хотя, в период первых суток жизни бетона у трёхкальциевого силиката есть серьёзный более шустрый соперник C3A, о котором мы упомянем позже. Процесс гидратации цемента является изотермическим, то есть – химическая реакция сопровождающаяся выделением тепла. Именно C3S “греет” раствор цемента при затворении, прекращает греть в период с начала затворения до момента начала схватывания, затем выброс тепла в течение всего периода схватывания и дальше происходит постепенное снижение температуры.

    Трёхкальциевый силикат и его вклад в набор прочности бетона наиболее значим лишь в первый месяц жизни бетонной или ЖБИ конструкции. Это те самые 28 дней нормального твердения. Далее, его влияние на набор прочности цемента ощутимо уменьшается.

    C2S двухкальциевый силикат 2CaO x Si02 начинает активно действовать лишь спустя месяц после затворения цемента в бетонной смеси, как будто принимая смену у своего трехкальциевого брата-силиката. В течение первого месяца жизни бетона или ЖБИ он в общем-то валяет дурака и ждёт своего часа. Это период безделья и расслабухи можно существенно сократить за счёт применения специальных добавок в цемент. Зато, его действие длится годами, в течении всего периода нарастания прочности железобетона, ЖБИ или бетона.

    C3A трёхкальциевый алюминат 3CaO x Al2O3 наиболее активный из перечисленных. Он начинает кипучую деятельность с самого начала процесса схватывания. Именно ему мы обязаны за набор прочности, в течение первых дней жизни бетона или железобетона. В дальнейшем его роль в твердении и наборе прочности минимальна, но в скорости ему нет равных. Марафонцем его не назовёшь, а вот спринтером, пожалуй – да.

    C4AF четрыёхкальциевый алюмоферит 4CaO x Al2O3 x Fe2O3 это как раз тот самый, который – “непонятно зачем вообще здесь ошивается”. Его роль в наборе прочности и твердении минимальна. Незначительное воздействие на набор прочности отмечается лишь на самых поздних сроках твердения.

    Все перечисленные компоненты при затворении водой вступают в химическую реакцию, благодаря которой происходит нарастание, сцепление и осаждение кристаллов гидратированных соединений. По сути, гидратацию можно назвать и кристаллизацией. Так наверное понятней.

    Благодаря стараниям учёных и научным разработкам многочисленных испытательных лабораторий и НИИ стало возможным прогнозируемое и регулируемое воздействие на процесс гидратации цемента, влияние на начало и конец схватывания, регулируемая подвижность бетона, его прочность, коррозионная стойкость и так далее. В основном это делается за счёт применения специальных добавок в бетон. Спектр доступных методов воздействия на процесс схватывания цемента и дальнейшего набора прочности бетона или ЖБИ довольно широк и более подробно он описан в разделе добавки для бетона.

    Компания БЭСТО поставляет товарный бетон и раствор, изготовленные с применением самых современных добавок, позволяющих получать бетонные смеси и цементные растворы с улучшенными показателями по морозостойкости, водонепроницаемости, подвижности и т.д. Современное дозирующее и бетоносмесительное оборудование помогает добиться наилучших результатов по однородности состава бетонной смеси или цементного раствора.

    Надеюсь, что не загидратировал Вам мозги своими силикатами и алюминатами. С трёхкальциевым приветом, Эдуард Минаев.

    Что такое гидратация цемента?

    Необратимый процесс, во время которого бетон теряет свою подвижность, именуют гидратация цемента. Это весьма важный, определяемый нормативами показатель. Он выявляет качество материала.

    Гидратация цемента — что это такое

    Этим термином обозначают физико-химический процесс, при котором происходит связывание компонентов цементного порошка с жидкостью. Чтобы разобраться в особенностях этого действия, нужно скрупулезно исследовать состав цемента. Только тогда получится понять, как взаимодействуют ингредиенты порошка с водой, что влияет на период схватывания цемента, изучить остальные характеристики стройматериала. В его состав включены активные добавки минеральной природы, благодаря которым бетон медленно набирает требуемый уровень своей прочности. Какой бы марки и типа не был цемент, он содержит в себе четыре минеральных вещества:

    • двухкальцивеый силикат;
    • трехкальциевый силикат;
    • трехкальциевый алюминат;
    • четырехкальциевый алюмоферит.

    Рисунок 1. Химический состав бетона

    Влияние компонентов на гидратацию

    Каждый из таких компонентов чрезвычайно важен, все они обладают специфическими характеристиками, помогающими влиять сначала на схватывание, а затем и твердение цемента. Одни начинают незамедлительно взаимодействовать с влагой, иные действуют постепенно, спустя определенное время. Рассмотрим, как на гидратацию влияет каждый ингредиент:

    • Двухкальциевый силикат вступает в работу только спустя месяц после момента затвердения бетона. До этого он не участвует в процессе, ожидая своей очереди. Наличие специальных пластификаторов, присутствующих в бетонной смеси, помогает значительно сократить период бездействия без риска ухудшения прочности материала. Этот ингредиент функционируют в долгосрочной перспективе, позволяя укреплять со временем монолит бетонной заливки.
    • Трехкальциевый силикат функционирует активно весь период существования цемента. Это вещество — основа смеси, именно оно запускает процесс, именуемый гидратацией. Когда он стартует, выделяется тепло, которое существенно повышает температуру смеси.
    • Трехкальциевый алюминат обеспечивает процесс схватывания, поскольку он наиболее активный компонент. Это вещество обеспечивает неуклонное нарастание прочности монолита в самые первые несколько дней после заливки. Потом ингредиент работу прекращает.
    • Четырехкальциевый алюмоферит, хотя и оказывает минимальное воздействие на твердение и набор прочности монолита, все равно чрезвычайно важен. Его работа стартует на финишном этапе, когда уже давно запущена процедура затвердевания цемента. Этот компонент улучшает достигнутые характеристики, тем самым завершая процесс.
    Читайте также:  Противоморозные добавки в бетон: преимущества и недостатки

    Каждый перечисленный минеральный компонент определяет качество цемента, обеспечивает правильное течение процесса гидратации. Когда порошок смешивают с водой, внутри раствора немедленно появляются внутрикристаллические связи, которые определяют медленно нарастающую прочность, благодаря которой бетон в итоге приобретает состояние, схожее по параметрам с искусственным камнем.

    Особенности гидратации

    Из-за того, что период схватывания цемента быстротечен (45–90 минут), смесь требуется готовить незадолго до использования, оставляя время для выполнения заливки до финиша реакции, когда обрабатывать смесь уже невозможно либо бесполезно. Чтобы реакция гидратации полноценно произошла, пропорции объемов цемента с жидкостью должны соответствовать значению 3:2. Только четверть молекул воды химически связывают с порошком, остальные сохраняются в бетонных порах, имея связанный физически вид.

    При уменьшении количества воды гидратация произойдет не полностью, в случае повышения ее объема — к развитию капиллярных пор внутри монолита, которые снизят его прочность. Инструкции к каждой конкретной марке цемента либо бетона всегда информируют о точных требуемых объемах составляющих.

    Состав цемента и его гидратация

    Как ранее уже было указано, на твердение портландцемента влияют четыре минеральных ингредиента, полученные при производстве этого связующего продукта. Поведение каждой составляющей значительно отличается и зависит о стадии схватывания монолита. Одни компоненты реагируют на появление воды немедленно, иные дожидаются своей очереди, а некоторые вообще вроде бы не участвуют в процессе.

    Но все они при взаимодействии с водой начинают химическую реакцию, обеспечивающую нарастание, затем сцепление, а в итоге осаждение кристаллов насыщенных влагой соединений. Если рассматривать мероприятие с точки зрения химика, то оно является кристаллизацией.

    Основные стадии затвердевания

    Непосредственно процесс затвердевания монолита делится на два этапа. Сначала раствор схватывается, а затем твердеет. Первая стадия длится примерно сутки после приготовления смеси. На ее скорость влияет в основном только температура окружающего воздуха:

    • Когда термометр показывает около 20° тепла, бетон схватится примерно через пару часов после замешивания. Окончательное же схватывание гарантировано через 3 часа. То есть, этап схватывания длится примерно час.
    • Если температура воздуха 0°, такой процесс происходит дольше, может длиться даже 20 часов. Это связано с оттягиванием времени начала схватывания — процесс стартует только спустя 6–10 часов.

    Рисунок 2. Бетон

    Одновременно фактором влияния, определяющим скорость схватывания, становятся специфические добавки. Они способны ускорять или замедлять химическую реакцию.

    Все время, пока длится этап схватывания, бетон сохраняет подвижность. Он подвержен любым механическим воздействиям. При осуществлении любых мероприятий относительно еще не успевшего схватиться монолита, нужно понимать, что они удлиняют срок его первоначального схватывания.

    Финальный этап получения качественного монолита — твердение раствора. Оно происходит незамедлительно после завершения предыдущей фазы. Сам такой процесс чрезвычайно медленный, нередко он тянет несколько лет. В самые первые дни твердения монолит еще динамичен, отличается нелинейностью состояния.

    Заключение

    Гидратацию цемента нужно понимать, чтобы обеспечивать технологию выпуска качественного бетона. Приступая к созданию цементного раствора, требуется правильно составлять водо-цементную пропорцию, точно отмерять иные компоненты бетона, действовать строго по инструкции. Это гарантирует раствору создание идеальных условий, чтобы все реакции в нем проходили по правилам.

    Гидратация цемента (схватывание и твердение).

    Схватывание и твердение цемента

    Всем известно, что, взаимодействуя с водой, цемент становится твердым и преобразуется в цементный камень. Но не всякий задумывается о сути этого дпроцесса: как затвердевает, по какой причине, что служит катализатором и как можно варьировать продолжительность затвердевания. И сегодня именно благодаря изучению и пониманию всех гидратационных процессов ученые создают новые усовершенствованные добавки для бетона или раствора. Их особый состав воздействует на процессы, которые происходят в момент затвердевания цементной смеси.

    Сегодня при производстве бетона, люди имеют прекрасную возможность использовать эти добавки в свою пользу. Таким образом можно значительно снизить, избавиться от лишних затрат цемента, улучшить качественные характеристики продукции в целом (водонепроницаемость, морозостойкость, пластичность, прочность и прочее…), а так же проводить бетонирование зимой без специализированного оборудования. Такие изменения реальны, и они возможны благодаря специальным добавкам для бетона или раствора. С полным перечнем нашего ассортимента добавок в бетоны и растворы можно ознакомиться в разделе нашего сайта: plastificator.com.ua/продукция/добавки-для-растворов-и-бетонов/

    Процесс затвердевания бетона можно условно разделить на две стадии:

    • Схватывание — это достаточно непродолжительная по времени стадия, которая длится в первые 24 часа жизни смеси. Важно заметить, что время схватывания во многом зависит от температуры воздуха. К примеру, если окружающая температура составляет +20С, то цемент начинает схватываться приблизительно спустя 2 часа после замешивания цементного раствора. Схватывание заканчивается через 3 часа. Таким образом, процесс схватывания цемента длится всего 1 час. Однако, если окружающая температура близка к 0С, то процесс может продлиться от 15 до 20 часов. При 0С схватывание только начинается через 6–10 часов с момента замешивания бетона. Также на скорость схватывания можно повлиять специализированными добавками: ускоритель схватывания и замедлитель схватывания.

    Следует помнить, что во время всего периода схватывания цементный раствор остается подвижным, то есть на него все еще можно оказать воздействие. Здесь имеет место понятие тиксотропии. То есть пока вы воздействуете на не застывший окончательно цемент, процедура схватывания растягивается. Именно по этому принципу работают все смесители, которые постоянно «шевелят» цементные смеси, сохраняя при этом их основные качества.

    • Твердение — это следующий процесс, наступающий сразу после схватывания цемента. По сути, твердение бетона происходит постепенно и может растянуться на годы. Описанный срок в 28 суток указывается лишь затем, чтобы определенная марка бетона гарантированно обладала определенной маркой бетона на тот или иной отрезок времени. Стоить иметь в виду, что график твердения цемента в первые несколько дней динамичный и нелинейный. Почему так происходит и что служит причиной затвердевания цемента, подробно описывает процесс гидратации.

    Минералогический состав, гидратация цемента

    Будет излишне описывать здесь все стадии получения портландцемента, поэтому перейдем сразу к составу цемента. Рассмотрим конкретно состав цемента и все его основные компоненты, которые участвуют в реакции с водой при затвердении цементного раствора. Итак, приступим.
    В основе любого портландцемента лежат четыре минерала, которые получаются в результате всех этапов цементного производства:

    • C2S двухкальциевый силикат;
    • C3S трехкальциевый силикат;
    • C3A трёхкальциевый алюминат
    • C4AF четырехкальциевый алюмоферит.

    Причем каждый из минералов имеет свои особенности и свое специфическое воздействие на разных стадиях схватывания цемента. Некоторые из них сразу вступают в реакцию с водой, другие — некоторое время спустя. Предлагаем рассмотреть реакцию каждого минерала более подробно:

    C2S двухкальциевый силикат 2CaO x Si02

    Этот минерал начинает воздействовать только через месяц после затвердения цемента. До этого времени он просто как бы находится в режиме покоя и ждет своей очереди. Однако этот период «простоя» можно существенно сократить путем применения специальных цементных добавок. Главный плюс этого минерала в том, что его воздействие длится не один год, укрепляя цементную смесь.

    C3S трехкальциевый силикат 3CaO x SiO2

    Этот минерал участвует в нарастании прочности цемента на протяжении всего времени. Можно с уверенностью сказать, что это главное звено свей смеси, однако в первые сутки жизни раствора у этого силиката имеется более весомый противник — СЗА, который будет описан чуть ниже. Гидратация цемента — это экзотермический процесс. То есть химические реакции, происходящие во время затвердевания, сопровождаются выделением тепла. Именно благодаря C3S раствор «греется» при замешивании. Нагревание прекращается до самого периода схватывания, после идет интенсивный выброс тепла на протяжении всего этапа схватывания, и только потом мы можем наблюдать постепенное понижение температуры.

    Свою основную и самую значимую работу трехкальциевый силикат выполняет лишь в первые 28–30 дней после заливки цементного раствора. Вот это и есть тот самый гарантийный срок марочной прочности, о котором мы говорили вначале. По истечении этого месяца его воздействие на прочность цемента значительно уменьшается.

    C3A трехкальциевый алюминат 3CaO x Al2O3

    Это, наверное, самый активный из всех вышеперечисленных компонент. Его кипучая деятельность начинается вместе с началом периода схватывания. Именно благодаря этому алюминату происходит нарастание прочности смеси за первые несколько дней. В последующем его влияние на твердение и набор прочности незначительно, однако, что и говорить, по скорости ему нет равных.

    C4AF четрыехкальциевый алюмоферит 4CaO x Al2O3 x Fe2O3

    Про этот компонент можно подумать, что он вообще лишний в цементной смеси. Однако не стоит его недооценивать. Пусть его влияние на набор прочности и твердение минимально, но без этой составляющей не обходится ни один цемент. Незначительное влияние на прочность состава можно заметить уже на финальных этапах твердения.

    Все вышеперечисленные компоненты вступают в химическую реакцию с водой, тем самым обеспечивая нарастание, скрепление и осаждение кристаллов соединений гидратации. По сути, процесс гидратации можно спокойно назвать процессом кристаллизации. Это будет так же правильно и более наглядно.

    Многолетние разработки ученых и научные опыты, проведенные в многочисленных испытательных лабораториях и НИИ дали нам возможность прогнозировать и регулировать процесс гидратации цемента. Сегодня без труда можно повлиять на процесс начала и конца схватывания, контролировать подвижность смеси, значительно повысить характеристики бетона: коррозийную выносливость, морозостойкость, водонепроницаемость и и так далее. Всем этим мы обязаны специально разработанным добавкам в растворы и бетоны.

    Гидратация цемента – что это такое?

    Состав и структура гидратных фаз. При гидратации алюми-натных цементов в зависимости от состава исходной безводной фазы, температурных и других условий твердения могут образоваться А1(ОН)3, САНю, С2АН8, С3АН6, C4AHi3_19, Ca(OH)2, гидросиликаты, гидроферриты, гидроалюминаты кальция.

    А1(ОН)з — выделяется при гидролизе минералов первоначально в виде геля, со временем кристаллизующегося с образованием кристаллов бемита и гидроаргиллита. Гидроксид алюминия в виде геля присутствует в определенном интервале рН среды.

    САНю — кристаллизуется в виде игл, вытянутых пластинок, способных образовывать дендриты и объединяться в устойчивые пространственные структуры. На рентгенограмме хорошо видны отражения d = l,46 нм. Устойчив до 22 °С. В зависимости от влажности среды содержит от 2,5 до 10 молекул Н2О. Гидроалюминат кальция содержит максимальное количество кристаллизационной воды при контакте с маточным раствором, а при влажности воздуха 40% теряет ЗН2О. Выдерживание САНю над Р2О5 сопровождается потерей еще 1,5 молекул воды, а при 100— 105 °С остается всего 2,5 Н2О, при этом базисное межплоскостное расстояние уменьшается до 0,884 нм.

    С2АН8 —три модификации, структурно мало отличающиеся. Базальное межплоскостное расстояние меняется от 1,04 до 1,07 нм. Кристаллизуется в виде тонких гексагональных пластин и сферолитов.

    СзАНб — кристаллизуется в виде кубов, икосаэдров, ромбических додекаэдров, устойчив при температуре 30—275 °С. При более высокой температуре отщепляется 4,5 молекулы воды, а по данным нашей работы,—1,5 молекулы воды.

    С4АНЛ — кристаллизуется в виде мелких тонких, гексагональных пластинок с совершенной спайностью.

    Существует две формы С4АН19, базальные рефлексы которых находятся в пределах 1,06—1,077 нм. Четырехкальциевый гидроалюминат с 19 Н2О устойчив при 25 °С и относительной влажности более 88%. В пределах влажности 10—12% он теряет воду с образованием С4АН13, при влажности 11% образуется С4АН11. Повышение температуры до 120 °С сопровождается образованием С4АН7. В интервале 150—250 °С образуется С4А4Н8.

    Читайте также:  Клей для газобетонных блоков (газобетона)

    Кристаллическая структура гидроалюминатов кальция, кроме СзАНб, не расшифрована. Из ряда гипотез, выдвинутых авторами, наиболее признанной является предположение о наличии в структуре С4АНЛ; и СгАН’в октаэдрических слоев Са(ОН)2, в которых один ион Са2+ из трех заменен на Н2О. Между слоями находятся ионы А13 + , ионы ОН- и Н2О. Считается, что С4АН.К являются аналогами глинистых минералов каолинитовой группы, а СгАНз — мономориллонитовой группы, но в отличие от глин С4АНД; образован нейтральными слоями. При этом СгАНз является производным от С4АНХ, т. е. образуется в результате внедрения А1(ОН)4 в кристаллическую решетку C4AH^. При определенных условиях возможно внедрение в С4АНХ анионов Н2О4Г P04

    , F-. При внедрении СОз

    в решетку С4АНД- образуются карбоалюминаты кальция, содержащие от V4 Д° ЗСаСОз-Соединение СзА • ЗСаОз • Н31 кристаллизуется в виде игл, а карбоалюминаты кальция с меньшим содержанием СаСОз — в виде гексагональных пластинок. Известны СзА • СаСОз • Ню и гидроалюминаты кальция, содержащие одновременно СаСОз и Са(ОН)2- На рентгенограммах гидроалюминаты кальция от карбоалюминатов отличаются по базисной интерференции продуктов дегидратации.

    Цементным гелем при гидратации силикатов кальция, содержащихся в сульфоалюминатных цементах, обычно называют фазу С — S

    Н, объединяющую несколько разновидностей (группу) слабозакристаллизованных и близких к аморфным гидросиликатов кальция с переменным соотношением C/S.

    Известны фазы С — S — Н(1), молекулярное соотношение в котором 0,8—1,5 и С —S — Н(Н) с соотношением C/S Са(ОН)2 + Са2(АЮ2)5 * А1(ОН)2.

    Образовавшиеся гидроксид кальция и частично гидратиро-ванный алюмокальциевый комплекс переходят в раствор, где Са(ОН)2 диссоциирует на Са2+ и 20Н—, а алюмокальциевый комплекс под воздействием Н20 и ОН- подвергается гидролизу до ионов А1(ОН)4, реагирующих с Са2+ с образованием Са(ОН)2 и А1(ОН)з- В последующем гель А1(ОН)з поглощает ионы Са2+ и ОН- с образованием гидроалюминатов кальция различной основности.

    Таким образом, начальный период гидратации у всех алюминатов кальция одинаков. Отличие в процессах гидратации заключается лишь в ее скорости, зависящей от основности минерала. Изучение кинетики реакций взаимодействия алюминатов кальция с водой показало, что скорость гидратации имеет экспоненциальный характер и удовлетворительно описывается уравнением Колмогорова — Ерофеева. Константа скорости реакции гидратации изменяется от 0,23 (для СзА) до 0,02 (для СА2). Для Ci2A7 она составляет 0,17, для СА —0,06.

    Состав новообразований и начало перекристаллизации гексагональных гидроалюминатов кальция в кубическую форму зависит от состава исходного безводного алюмината кальция.

    При гидратации С3А образование СзАНб фиксируется в первые сутки взаимодействия алюмината кальция с водой. В последующие сроки эта фаза является основной в составе твердеющего цементного камня, наряду с которой по истечении 7 сут образуется карбоалюминат кальция.

    Образование СзАНб при гидратации других алюминатов кальция наблюдается в следующие сроки: С12А7 — через 7 сут, СА —через 28 сут. При гидратации СА2 образование СзАНб в небольшом количестве наблюдается через 3 месяца твердения.

    В процессе гидратации упрочнение структуры происходит в результате переплетения отдельных сростков кристаллогидратов, прорастание массы геля кристаллическими сростками. Прочность цементного камня зависит от состава продуктов гидратации, при этом большей прочностью обладают кристаллы низкоосновных гидроалюминатов кальция СаО • AI2O3 • IOH2O (САНю), 2СаО • А1203 • 8Н20 (С2АН8). Кристаллы ЗСаО • А1203 • 6Н20 (СзАНб), имеющие сферическую форму, образуют структуру меньшей прочности. Перекристаллизация САНю и C2AHg сопровождается снижением прочности цементного камня. В целом его прочность не является аддитивной величиной прочности отдельных фаз и зависит от пористости структуры.

    Среди факторов, обусловливающих величину пористости, одни зависят от технологического режима (водоцементное отношение, дисперсность цементного порошка, температурный режим твердения, обусловливающий степень гидратации), другие — связаны с видом минералов (плотность цемента, количество воды, необходимое для полной гидратации, скорость гидратации).

    где Пцк — пористость цементного камня, %; В/Ц — водоцементное отношение; W — количество воды, необходимое для полной гидратации 1 г цемента; а — степень гидратации, ; /оц—плотность цемента, г/см3.

    Из уравнения видно, что пористость цементного камня уменьшается с увеличением степени гидратации а, а количество химически связанной воды W возрастает с увеличением водо-цементного отношения В/Ц и плотности цемента /эц. Эксперименты показали, что пористость цементного камня изменяется в широком диапазоне в зависимости от В/Ц и а. При этом изменение пористости структуры при гидратации различных минералов с образованием одинаковых гидратных соединений незначительное, изменение же пористости структуры при гидратации одного и того же минерала с образованием различных гидратных соединений весьма существенное. Так, при одинаковых значениях а и В/Ц пористость цементного камня при гидратации СА с образованием СзАНб составляет 23,1 , а при образовании СгАНд и А1(ОН)з—11,5%.

    С изменением поровой структуры меняются соответствующие прочностные свойства цементного камня. Однако влияние пористости на прочность цементного камня неоднозначно. Так, при равной пористости образцов из С12А7 и САг семисуточного твердения прочность их отличается значительно. После 28 сут твердения прочность цементного камня из САг превышает прочность затвердевшего СА, хотя имеет более высокую пористость. Такое явление объясняется особенностями формирования структуры цементного камня. До тех пор, пока новообразования отделены значительными промежутками (крупный размер пор, капилляры большого радиуса), их сближение за счет роста новообразований вызывает снижение пористости, уплотнение структуры и увеличение прочности. Как только между новообразованиями появляются небольшие промежутки, многие кристаллы вступают в непосредственный контакт и дальнейшее увеличение твердой фазы вызывает внутренние напряжения, обусловливающие объемные деформации твердеющей структуры.

    Формирование кристаллического каркаса, состоящего из кубических гидроалюминатов СзАНб и характеризующегося многочисленными термодинамическими неустойчивыми контактами срастания, придает структуре цементного камня сравнительно низкую прочность при высокой степени гидратации исходной фазы. После помещения образцов в воду последующая гидратация СзА и связанное с этим увеличение количества твердой фазы приводят к резкому снижению прочности образцов. Достаточно небольшого количества А1(ОН)з, наряду с СзАНб, как это имеет место при гидратации С12А7, чтобы напряжения, возникающие в структуре цементного камня, релаксировались. Степень гидратации С12А7 во все сроки твердения ниже, чем степень гидратации СзА. Однако прочность формирующей структуры выше.

    Снижение прочности цементного камня в период с 1 до 3 сут вызвано, с одной стороны, начавшейся перекристаллизацией гексагональных гидроалюминатов кальция в СзАНб, с другой — быстрым проникновением воды (при помещении образцов в воду) внутрь образца, быстрой гидратацией С12А7 с образованием большого количества твердой фазы уже в сформировавшейся структуре, что сопровождается возникновением в ней напряжений. Образующийся в этот период А1(ОН)з оказывает положительное влияние на формирование структуры: прочность ее восстанавливается и даже несколько возрастает по мере увеличения времени твердения образцов. Таким образом, когда между кристаллами находится гелеобразиая фаза, то сближение кристаллов в процессе их роста не вызывает снижения прочности, а наоборот, структура уплотняется и прочность увеличивается. В этом случае гелеобразные фазы играют роль «амортизаторов» и связки («шарниров»), обеспечивая соединение кристаллов в единый каркас без жесткого закрепления элементов структуры и снижая при этом напряжение, возникающее в твердеющей структуре.

    Степень влияния кристаллической и гелеобразной фаз в синтезе прочности цементного камня хорошо видна из рис. 2.2. Увеличение содержания кристаллической фазы до определенного количества сопровождается ростом прочности. Экстремальное значение прочности характерно для цементного камня, содержащего 45—55% кристаллической фазы; превышение этого количества сопровождается снижением прочности как в ранние (1-е сутки), так и в последующие сроки твердения (до 7 сут).

    Для повышения прочности структуры в ранние сроки твердения (до 3 сут) необходимо обеспечивать образование большого количества кристаллической гидратной фазы, в последующие сроки твердения (7 сут и более) — гелеобразной фазы. В связи с этим к алюминатиым цементам, содержащим С12А7 и СзА, целесообразно добавлять вещества, которые могут служить матрицей (например, опоку, трепел, как в случае с портландцементом) или гидроксид алюминия, снижающий пересыщение жидкой фазы по СаО и тем самым обеспечивающий образование в твердеющей структуре низкоосновных игольчатых гидроалюминатов кальция.

    Рис. 2.2. Зависимость прочности цементного камня от количества кристаллической фазы

    Добавка А1(ОН)з к СзА и к С12А7 улучшает прочностные характеристики цементного камня, т. е. в этом случае снижение его прочности при длительном твердении не наблюдается.

    К медленно гидратирующему-ся СА2, наоборот, целесообразно добавить минерал, при гидратации которого в начальный период образуется значительное количество кристаллической фазы. Совместная гидратация СА и СА2 обеспечивает высокую прочность цементного камня как в первые, так и в последующие сроки твердения. По истечении одних суток твердения цементный камень из цемента, содержащего 50% СА и 50% СА2, обладает прочностью при сжатии, равной 40 МПа, в то время как прочность цементного камня из СА2 к этому сроку достигает всего 0,2 МПа. Таким образом, регулируя соотношение между различными алюминатами кальция, можно получать цементы, характеризующиеся сравнительно высокой прочностью в начальные и последующие сроки твердения, что весьма важно при использовании их в качестве футеровочного материала для различных тепловых агрегатов.

    Влияние условий гидратации на состав образующихся фаз и прочность цементного камня. В условиях повышенных температур прочность цементного камня резко снижается в связи с перекристаллизацией гексагональных гидроалюминатов в кубическую форму, их дегидратацией и структурными изменениями гидроксида и оксида алюминия. Эксперименты показали, что выдержка таких образцов при 150 °С сопровождается повышением их прочности по сравнению с образцами, твердеющими в нормальных условиях, несмотря на перекристаллизацию гексагональных гидроалюминатов кальция в СзАНб, выделение значительного количества воды и повышение пористости цементного камня. Увеличение степени гидратации приводит к заполнению пор продуктами гидратации и уплотнению цементного камня, что в конечном счете и обусловливает повышение прочности твердеющего цемента.

    Дальнейшая термообработка цементного камня при 400 °С приводит к значительному снижению его прочности. В цементном камне происходит дегидратация СзАНб, А1(ОН)з с образованием бёмита АЮОН и С12А7. Дальнейшее повышение температуры обусловливает ускорение образования 12СаО • 7AI2O3. Одновременно в результате взаимодействия его с бёмитом, а возможно и с AI2O3, появляющимся при дегидратации бёмита образуется снова моноалюминат и диалюмииат кальция. В этот период происходит уплотнение образца за счет развивающегося процесса спекания материала, которому способствует наличие паров воды, выделяющихся при дегидратации бёмита, усиливающих массопередачу между зернами реагирующих компонентов.

    Плотность образца увеличивается более чем в 3 раза, но прочность его снижается, хотя и менее значительно. В этот период структурообразование цементного камня обусловливается процессами синтеза минералов. Образование вторичных алюминатов (на основе гидроалюминатов кальция) происходит при более низкой температуре этих же минералов на основе безводных алюминатных и кальциевых соединений. Такое явление объясняется тем, что при гидратации происходит диспергирование зерен исходных минералов, что обеспечивает ускорение процесса минералообразования. Кроме того, в этом случае происходит лучшая гомогенизация компонентов. Следовательно, чем полнее гидратация исходных минералов, тем вероятнее сохранение повышенной прочности цементного камня при повышенной температуре за счет ускорения спекания.

    Механизм структурных изменений, а также состав продуктов новообразований при различных температурах, за исключением твердения в течение 3 сут при Г=20±2 °С, для обоих видов цемента (СА, СА2) одинаковы. Имеет место различие лишь в скорости перекристаллизации гексагональных гидроалюминатов САНю и С2АН8 в кубический СзАНб, а также в количестве выделяющегося гидрата алюминия в виде геля, который обеспечивает уплотнение образца. При гидратации в цементном камне из САг образуется большее количество гидрата глинозема, чем при твердении СА. Это способствует уплотнению образца и увеличению поверхности контакта между новообразованиями. Наличие значительного количества А1(ОН)з компенсирует отрицательное влияние перекристаллизационных процессов на структуру цементного камня, обусловливающих повышение его пористости. Соответственно прочность цементного камня из диалюмината кальция в результате перекристаллизованных процессов снижается в меньшей степени, чем моноалюминатного цемента.

    Таким образом, путем подбора состава вяжущего, обеспечивающего при гидратации оптимальное соотношение кристаллических и гелеобразных фаз, можно получать структуры с высокой стабильной прочностью.

    Добавить комментарий