Схватывание и твердение портландцемента

При затворении цемента водой протекают сложные физико-химические процессы. Вначале образуется пластичная масса, которая начинает уплотняться и густеть — этот период называется началом схватывания. Затем загустевшая масса утрачивает пластическую консистенцию и постепенно переходит в твердое тело — этот период времени определяет конец схватывания цемента.

Взаимодействие цемента с водой приводит к возникновению процессов гидратации цемента — реакции присоединения молекул воды к этому материалу: вначале без его разложения, а затем с образованием новых химических соединений. Указанные сложные процессы определяются следующими реакциями, происходящими с основными минералами цементного клинкера при соединении с водой затворения:

? трехкальциевый силикат (основной минерал клинкера) гидролитически диссоциирует по реакции

? двухкальциевый силикат при взаимодействии с ограниченным количеством воды гидратируется по следующему уравнению:

? трехкальциевый алюминат очень быстро присоединяет воду:

Присутствующий в цементе гипс (CaS04'2H20), вступает в реакцию с гидротрехкальциевым алюминатом и образует труднорастворимое новообразование — гидросульфоалюми- нат кальция:

? четырехкальциевый алюмоферрит при взаимодействии с водой образует следующие соединения:

Процессу твердения цемента были посвящены исследования А.Л. Ле-Шателье (предложил кристаллизационную теорию твердения). В 1923 г. А.А. Байков развил эти исследования и предложил теорию твердения, которая кратко сводится к следующим трем этапам.

  • 1. Подготовительный период — растворение цементных зерен в воде и образование насыщенного раствора. При этом водная среда быстро насыщается продуктами гидролиза и гидратации цемента (Са(ОН)2; 2СаО • Si02 • тгН20; ЗСаО • А1203 • 6Н20 и др).
  • 2. Период коллоидации — идет дальнейший процесс растворения и образования новых соединений в коллоидном состоянии, в результате образуется студнеобразная масса (гель); начинается схватывание системы.
  • 3. Период кристаллизации — вслед за образованием коллоидных веществ начинаются процессы самоуплотнения геля, образуются кристаллические сростки. Если в этот период вся система не подвергается механическому нарушению, кристаллический сросток образуется в виде монолитного тела. Происходит твердение, масса затворенного цемента превращается в камневидное тело, обладающее значительной прочностью.

На практике все эти процессы налагаются один на другой и протекают одновременно.

Скорость схватывания и твердения цемента зависит от его минералогического состава, тонкости помола, качества воды для затворения, температуры и др. Поэтому в зависимости от этих условий действительный ход процессов (1-3 этапы) будет неодинаков для различных цементов.

Нормальными условиями твердения цементных материалов считают такие, когда температура равна 20±2 °С, а относительная влажность воздуха — 95... 100 %. Твердение портландцемента существенно зависит от этих факторов (рис. 4.15). При снижении температуры процесс гидратации замедляется. Происходит недобор прочности (кривая 1). Для

Кривые роста прочности цемента

Рис. 4.15. Кривые роста прочности цемента:

1 — твердение при температуре 5 °С; 2 — нормальное твердение при 20 °С; 3 — пропаривание при 85 °С

повышения скорости твердения изделий из бетона их обрабатывают насыщенным паром при температуре 70...95 °С. Это позволяет за 10... 16 ч получить отпускную прочность бетона, составляющую 75... 100 % от проектной 28-суточной (кривая 3).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >