ТД АсбоЦем. Все права защищены. www.asbocem.ru (495) 799-40-54
Процесс твердения портландцемента
Глубокое понимание свойств портландцемента и требований, предъявляемых к нему, а также проектирование и выбор клинкера определенного минералогического состава возможны только при знании процессов, протекающих при формировании цементного камня из цементного теста.
Цемент, затворенный водой и перемешанный с ней, образует пластичное цементное тесто. Это тесто постепенно загустевает и переходит в камнеподобное состояние. Превращение порошка цемента в цементный камень с переходом через стадию образования пластичного цементного теста определяется физико-химическими процессами, происходящими между цементом и водой.
Клинкерные минералы, входящие в состав цементного зерна, и гипс, взаимодействуя с водой, образуют новые соединения - гидраты.
В упрощенном виде реакции гидратации портландцемента могут быть представлены следующим образом.
С3S, взаимодействуя с водой, образует гидросиликат и гидрат окиси кальция Са(ОН)2:
С3S + 3Н2О -> С2SН2 + Са(ОН)2
C2S, реагируя с водой, образует гидросиликат C2S·Н2:
C2S + 2H2О ->C2S·Н2
C2SH2, образовавшийся при гидратации СзS и C2S, со временем переходит в более устойчивый CSH по реакции:
C2SH2 + СSН + Са(ОН)2
Трехкальциевый алюминат, вступая во взаимодействие с водой, образует гидроалюминат кальция С3АН6. В присутствии гипса С3АН6 образует сложное соединение - гидросульфоалюминат кальция С3А·3CaSО4·Н31. При гидратации C4AF образуются гидроалюмоферриты кальция переменного состава.
Реакции между порошком цемента и водой протекают в такой последовательности.
Вскоре после затворения цемента вода цементного теста из-за ограниченной растворимости клинкерных минералов превращается в насыщенный раствор. Дальнейшая гидратация вызывает пересыщение раствора. Пересыщенные растворы в обычных условиях существовать не могут, из них начинает выпадать растворенное вещество в виде мельчайших частиц, в данном случае выпадают гидраты клинкерных минералов. Эти частицы обладают клеящей способностью, которая передается цементному тесту. В результате оно хорошо прилипает к различным телам и склеивает их.
Вследствие поглощения воды клинкерными минералами при их гидратации содержание свободной воды в цементном тесте уменьшается. Цементное тесто начинает загустевать (упрочняться), теряя клеящую способность и пластичные свойства.
В конце схватывания оно представляет собой камнеподобное вещество.
Дальнейшее приобретение прочности цементным камнем вызывается кристаллизацией продуктов гидратации. Образующиеся при этом кристаллические сростки пронизывают цементный камень во всех направлениях и как бы армируют его, обеспечивая высокую прочность.
Скорость твердения цемента зависит от скорости взаимодействия клинкерных минералов с водой, а также скорости и характера кристаллизации продуктов гидратации.
Скорость гидратации клинкерных минералов различна. Быстрее всех взаимодействует с водой трехкальциевый алюминат, затем четырехкальциевый алюмоферрит и трехкальциевый силикат и значительно медленнее других - двухкальциевый силикат. Если учесть, что клинкер в основном состоит из силикатов кальция, то становится очевидным, что цементы с высоким содержанием трехкальциевого силиката твердеют значительно быстрее цементов с высоким содержанием двухкальциевого силиката.
Наибольшей абсолютной прочностью до 28 суток твердения обладает С3S, а по интенсивности роста прочности - С3А·C4AF по росту прочности приближается к С4А. По абсолютным показателям прочности С3S и C2S значительно превосходят трехкальциевый алюминат. Таким образом, на скорость и прочность в ранние сроки твердения решающее влияние оказывает количество С3S и С3А в цементе, а в более поздние сроки - двухкальциевый силикат.
Скорость взаимодействия цементного порошка с водой и всех последующих процессов твердения цемента зависит также от тонкости помола цемента. Чем мельче зерна, тем большей оказывается их поверхность в одном и том же количестве цемента (удельная поверхность). А так как взаимодействие начинается с поверхности, то при более тонком помоле цемента ускоряется взаимодействие его с водой.
Твердение цемента вначале протекает сравнительно быстро, а затем все более и более замедляется. Происходит это в результате образования на поверхности цементных зерен плотных пленок гидратов. Эти пленки затрудняют доступ воды во внутренние "свежие" части зерна и тормозят дальнейшую гидратацию.
Тесто из цемента, полученного измельчением чистого клинкера, очень быстро теряет пластические и клеящие свойства, т. е. быстро схватывается вследствие образования гидроалюмината кальция. Это затрудняет или исключает полностью возможность использования такого цемента в бетоне.
Для замедления схватывания при помоле клинкера добавляют гипс в виде двуводного сернокислого кальция CaSО4·2Н2О. Как уже упоминалось выше, при этом в растворе протекает реакция между С3АН6 и СaSО4, с образованием гидросульфоалюмината кальция, который замедляет схватывание цементного теста. Необходимое количество гипса зависит от содержания в клинкере трехкальциевого алюмината, соответственно возрастая или уменьшаясь с увеличением или уменьшением содержания последнего. В обыкновенном портландцементе по требованиям ГОСТ 10178-62 содержание ангидрида серной кислоты SО3 должно быть не менее 1,5 и не более 3,5%, что в пересчете на CaSО4·2H2О не превышает 7,53%. Превышение установленного предела может повлечь разрушение затвердевшего цементного камня, так как образование гидросульфоалюмината кальция сопровождается увеличением объема материала. Следовательно, поглощение гипса трехкальциевым гидроалюминатом должно закончиться к моменту упрочнения цементного камня. Это возможно только при ограниченном содержании гипса в цементе.
При высоком содержании в портландцементе свободной окиси кальция она вызывает растрескивание, а иногда и полное разрушение затвердевшего цементного камня. Вредное действие свободной извести объясняется тем, что гашение СаО, т. е. взаимодействие ее с водой, сопровождается увеличением в объеме; скорость гашения при этом зависит от температуры обжига.
Известь, образовавшаяся при температуре обжига до 1000-1100°С, гасится быстро, но с повышением температуры скорость гашения извести замедляется, а при температуре обжига клинкера (около 1500°С) она оказывается весьма медленно гасящимся веществом. Гашение ее, не успевая закончиться до схватывания (начало твердения) цемента, продолжается в отвердевшем цементном камне, что приводит к его разрушению.
Содержание свободной извести в портландцементе зависит от совершенства технологического процесса. Современная технология обеспечивает выпуск клинкера с минимальным количеством свободной извести (до 1%) . Действие свободной окиси магния MgO в твердеющем портландцементе аналогично действию свободной окиси кальция СаО. При обжиге клинкера MgO выделяется в виде минерала - периклаза, который медленно (значительно медленнее СаО) взаимодействует с водой, что приводит к разрушению затвердевших бетонов и растворов.
Для предупреждения разрушения цементного камня от действия свободной окиси магния содержание MgO в обычном клинкере ограничивается до 5%.
Гидраты клинкерных минералов обладают низкой растворимостью в воде, однако гидрат окиси кальция Са(ОН)2, выделяющийся при взаимодействии с водой трехкальциевого силиката, растворяется сравнительно хорошо. Это понижает водостойкость цемента в результате вымывания из цементного камня Са(ОН)2. Чтобы предупредить этот разрушающий процесс, необходимо связать Са(ОН)2 в нерастворимое в воде вещество, что с успехом выполняют гидравлические добавки - трепел, опока, диатомит и др. Они содержат в своем составе активный кремнезем, легко вступающий в химическое взаимодействие с гидратом окиси кальция и образуют при этом труднорастворимый гидросиликат кальция
Ca(OH)2 + SiO2 + mH2О = CaO·SiO2·mH2O
|
КАТАЛОГ ПРОДУКЦИИ
|
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
 |
||
(495) 799-40-54 asbocem@mail.ru
Т о р г о в ы й Д о м А с б о Ц е м