Содержание
Почему твердеет портландцемент? Какие основные процессы протекают при твердении цемента?
Твердения портландцемента происходит в результате комплекса сложных химических и физико-химических процессов. К химическим процессам при твердении цемента можно отнести процессы гидратации, гидролиза и обменного взаимодействия, протекающие при замесе цемента водой. Состав новообразований определяется химической природой безводных соединений, соотношениями твердой и жидкой фаз, температурными условиями.
Вода в процессе взаимодействия с цементом насыщается гидроксидом кальция, является продуктом гидролиза клинкерных минералов, гипсом и щелочами, содержащиеся в цементе. Наличие и концентрация этих веществ в жидкой фазе цемента, твердеет, существенно влияет на состав гидратных новообразований. Основные клинкерные минералы-силикаты при взаимодействии с водой образуют гидросиликаты кальция — слабо закристаллизованы вещества, имеют переменный состав. Так, при комнатной температуре реакция трехкальциевого силиката (С3S) с водой описывается уравнением:
2(3CaO x SiO2) + 6H2O = 3CaO x SiO2 x 3H2O + 3Ca(OH)2 (1)
По сравнению с трехкальциевого силикат гидратация двокальциевого силиката (b-С2S) происходит медленно особенно в начальный период твердения.
По данным Ю. Бытие и В.В. Тимашова степень гидратации b-С2S, составляет через 1 сутки — 5…10%, 28 суток — 30…50%, тогда как для С3S через 1 сутки — 25…35%, 28 дней — 78…80%.
Высокой гидратационная активностью характеризуются алюминаты кальция. Первичными продуктами гидратации трехкальциевого алюмината (С3А) являются преимущественно гидроалюминаты кальция типа С4АНn, что кристаллизуются в виде гексагональных пластинок, затем переходят в кубические кристаллы С3АН6.
При наличии воды и сульфата кальция, вводится в цемент для регулирования сроков схватывания, образуются комплексные соединения — гидросульфоалюминаты кальция. В насыщенном водном растворе гидроксида кальция и гипса реакция идет по схеме:
3CaO x Al2O3 + 3(CaSO4 x 2H2O) + 25H2O =
3CaO x Al2O3 x 3CaSO4 x 31H2O (2)
По химическому составу, високосульфатний гидросульфоалюминат идентичен естественному минерала — етрингиту.
Реакции гидратации начинаются практически сразу после замешивания цемента водой. Через несколько минут жидкая фаза становится пресыщенным относительно гидроксида кальция, выделяемого при гидролизе Алита и сульфата кальция.
На дольках алюмината и алюмоферритов образуется пленка кристаллов етрингиту, что под давлением кристаллизации разрывается. Это способствует дальнейшему прохождению реакции.
Образование етрингиту практически прекращается через сутки после замеса, а примерно через час после добавления воды к цементу образуются первые частицы гидросиликатов размером около 0,1 мкм.
Рис. 1. Кинетика твердения цементного камня при применении цементов с зернами разного размера: 1 — <3 мкм; 2 — 3…9 мкм; 3 — 9…25 мкм; 4 — 25…50 мкм
Гидросиликаты создают пространственную структуру. Это приводит к увеличению плотности цементного теста и его схватывания. В настоящее время существуют два противоположных взгляда на механизм гидратации цемента. Часть исследователей придерживаются так называемого растворимого механизма (П.
А. Ребиндер, В.Б. Ратинов, А.Ф. Полак), согласно которому процесса гидратации предшествует растворения безводных соединений. Ряд ученых предпочитает топохимичному или смешанном механизма гидратации. За топохимичним механизмом (И. Выродов, Д. Джеффри, Р. Кондо) молекулы воды или ионы Н+ и ОН— присоединяются непосредственно к поверхностным слоям кристалла с образованием первичного гидратированного слоя определенной толщины и последующим переходом гидратированных ионов в раствор. По смешанному механизму (А. Волженский, М.М. Сычев, А. А. Пащенко, А.П. Мчедлов-Петросян), гидратация происходит частично в результате растворения, и частично — топохимично.
Несмотря на многочисленные исследования до настоящего времени не разработана еще единая теория твердения цемента. С позиций физико-химической механики П.А. Ребиндер разделяет процесс твердения на три стадии:
1. Растворение в воде клинкерных минералов и выделение кристалликов гидратов;
2. Образование коагуляционной структуры — рыхлой пространственной сетки
3.
Рост и сращение кристаллов.
Прочность цементного камня обусловлена двумя типами связей. Связь первого типа обусловливается физическим притяжением полярных продуктов, образующихся в процессе гидратации ван-дер-ваальсовыми силами. По мере дальнейшего твердения при сращивании образований и уменьшении их удельной поверхности прочность увеличивается за счет сильных химических связей, несмотря на деструктивные процессы, которые проявляются при перекристаллизации сформированного каркаса.
Согласно современным представлениям, развитых под руководством акад. П.А. Ребиндера, с пресыщенного раствора новообразования кристаллизуются в два этапа. В течение первого происходит формирование каркаса с возникновением контактов срастания между кристаллами гидратов. При этом возможен также рост кристаллов, срастаются между собой. На втором этапе новые контакты не возникают, а происходит только обрастания уже имеющегося каркаса, то есть рост кристаллов, составляющих его. В результате повышается прочность цементного камня, однако могут возникнуть и внутренние растягивающие напряжения.
Решающую роль играет степень пресыщения раствора. При малом пресыщении количество кристаллов небольшая, они не срастаются. Для наибольшей прочности искусственного камня необходимые оптимальные условия гидратации, обеспечивающие возникновение новообразований достаточных размеров при минимальных нагрузках.
Химические реакции при твердении цементов
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТЫ
При твердении цемента происходят реакции гидратации, гидролиза и обменного взаимодействия, протекающие при затворении цемента водой в жидкой фазе или па поверхности твердых частиц цемента. Большинство реакций сопровождается выделением тепла. Продукты реакции — твердые вещества либо квазитвердые, частично растворимы в воде и образуются в условиях постоянного уменьшения массы воды в процессе твердения.
Изучение химических реакций, протекающих при взаимодействии заводского цементного клинкера с водой, связано с большими трудностями. Клинкер состоит из минералов, в различной степени модифицированных твердыми растворами, застывшей жидкой фазы, стекла и т.
п., и поэтому условия его твердения иные, чем у отдельных синтезированных в лабораторных условиях минералов. Кроме того, вода в процессе взаимодействия с цементом насыщается переходящими в раствор известью, гипсом и щелочами, наличие и концентрация которых в жидкой фазе твердеющего цемента существенно влияет на состав гидратных новообразований. При этом наблюдается взаимовлияние отдельных реакций, происходящих при твердении.
При гидратации индивидуальных синтетических минералов — силикатов кальция было установлено, что реакция C3S с водой приводит к образованию C3S2HX, на пограничной поверхности возникает пленка толщиной в несколько молекул. При комнатной температуре реакция C3S с водой стехиометрически описывается уравнением:
2(3 Ca0-Si02) +6н0о = 3Ca0-2Si0A-3H,0 + ЗСа(ОН)2.
При гидратации портландцемента в нормальных условиях образующиеся гидросиликаты кальция имеют переменный состав, в значительной степени близки к аморфным веществам и не образуют полной кристаллической структуры, которая возникает при твердении цемента в условиях повышенных температуры и давления.
Они могут быть отнесены к полукристаллическим слабозакристаллизованным соединениям. К полукристаллическим слабозакристаллизованным относят также соединения, дающие на порошкограммах более трех линий, в которых отсутствует нормальный трехмерный порядок, характерный для кристаллических объектов.
Относительно хорошо образованные кристаллические гидросиликаты могут быть обозначены (по Тейлору): С —s — Н (I), если C/S = 0,8—1,5; С — S — Н (II), если C/S>1,5; в некоторых работах гидросиликаты С — S — Н (I) обозначаются С — S — Н (В), поскольку имеют тот же состав, но отличаются меньшей степенью закристаллизованности. Образующийся в цемент — Ном камне гидроксид кальция (СН) может быть отне-
Сен к веществам с полной кристаллической структурой, которую можно наблюдать в оптический микроскоп.
М. М. Сычев [138] рассматривает гидратацию клинкерных минералов как процесс, при котором происходит разрыв ионных связей между тетраэдрами Si04, мостиковыми ионами кальция и кислородом, в том числе разрыв более ковалентных связей Si — О в тетраэдрах.
При этом связи Са—О—Si рвутся при про — тонизации, а связи Si — О — Si в результате комплек- сообразования с ОН — ионами и повышения координационного числа Si до 5—6 при более высоком значении рН.
Состав, структура и другие физико-химические характеристики гидросиликатов кальция (ГСК) изучались Н. В. Беловым, Е. Н. Беловой, В. В. Тимашевым, М. М. Сычевым, X. Ф. У. Тейлором, Г. J1. Калоусеком [8, 135, 137, 138, 140]. Исследованиями в этой области занимались также В. В. Илюхин, В. А. Кузнецов, А. Н. Jlo — бачев, В. С. Бакшутов [34]. ГСК различаются по основности (Ca0:Si02), содержанию воды, характеру кристаллизации и другим показателям. Некоторые гид — рос’иликаты кальция синтезированы при различных температурах при атмосферном и повышенном давлении, другие встречаются в природе. Гидросиликаты кальция относятся к волластонитовой — ксонотлитовой, тобер — моритовой, гиролитовой группам; выделена также группа высокоосновных ГСК-
X. Ф. У. Тейлор отмечает, что С — S — Н-фаза не подобна тобермориту, а является гелем с характерной слабой закристаллизованностью [140]. По представлениям М. М. Сычева, образование С — S — Н-фазы является результатом перестройки слоя минерала,, откуда выщелочен избыточный кальций и через который происходит диффузия ионов Са2+ и ОН~ в сторону жидкости. Это положение теперь дополнено представлениями Тейлора о возможности существования промежуточного слоя под слоем новообразований и названного слоем Тейлора. Это гелеобразиый слой с низкой основностью, чем, видимо, объясняется наличие внешних и внутренних продуктов гидратации, различающихся по основности. В гелеподобном (квазитвердом) слое Тейлора выделяют зоны реакции растворения, гидро — ксилирования и растворения на границе раздела слоя Тейлора и водной среды. Состав и морфология фазы
С — S — Н, образующейся в пространстве, занятом вначале соответственно цементным зерном и водой, различны во внешних и внутренних частях зерна.
Как «внутренний» продукт, так и «внешний», содержащий больше Са2+, образуются вследствие хемо — сорбции ионов Са++ наружной или внутренней поверхностью слоя Тейлора. Количество «внешнего» С — S — Н крайне мало по сравнению с содержанием «внутреннего» С — S — Н. Показано, что в первые минуты гидратации происходит конгруэнтное растворение минералов и затем осаждение из раствора С — S — Н — фазы на поверхности алита. Полагают также, что С — S — Н-фаза содержит большое количество примесных атомов; благодаря своей аморфности и чрезвычайно развитой удельной поверхности она отличается высокой диссоциативностыо.
Поскольку жидкая фаза твердеющей системы (рис. 7) быстро и полно насыщается оксидом кальция, полагают, что вначале образуется гидросиликат кальция C2Sh3, который по мере выделения извести в твердую фазу переходит в CSH(B) (рис. 8). Этому способствует также переход в раствор щелочей, снижающих в нем концентрацию извести. Гидратация |3-C2S в указанных выше условиях идет по приведенной выше схеме, но при меньшем выделении извести.
16 32 Hi И Время, сут |
98 112 |
Рис. |
1— 3Ca0Si02; 2 — |5-2Ca0-Si02; 3 — V-Ca0-Si02 |
Под электронным микроскопом внешний слой С—S—Н-фазы имеет вид рыхлой фольги или весьма тонких волокон, порядка нескольких молекулярных слоев (рис. 9, 10). Удельная поверхность их довольно высока и в зависимости от степени слипания составляет примерно 250—350 м2/г. Можно заметить в этом сходство с некоторыми глинистыми минералами. Способность к обратимой отдаче воды указывает па то, что вода находится между слоями кристаллической решетки, плотность которой в зависимости от содержания воды может меняться. Считают, что это одна из важнейших Причин, от которых зависят многие строительно-тех-
Рис. 9. Электронная стереомикро — фотография реплики с поверхности скола камня C^S, гидратироваино- го 7 сут (по данным J] Шпыно — вой) |
Рис. |
Рис. 11. Электронная стереомикро — фэтография реплики с поверхности камня С А, гидратированного 6 мес (по данным Л. Шпыновой) |
Нические свойства портландцемента и, в частности, ус’адка и набухание.
Гидратация Са3А с водой протекает с большой скоростью при значительном выделении тепла. Вначале при температуре до 25°С образуется C3AHU_12 в виде гексагональных пластинок. Однако считают, что это соединение является гетерогенной эквимолекулярной смесью С4АН12 и C2AHg.
Гидроалюминаты общего состава С4АНХ в зависимости от температуры и влажности среды могут иметь следующее содержание воды: С4АН19—С4АН13—С4АНИ— С4АН7. По мере повышения температуры гексагональные гидроалюминаты кальция оказываются неустойчивыми и постепенно превращаются в стабильные кубические кристаллы С3АН6. При затворении С3А ледяной водой и охлаждении твердеющей системы образуется С4АН13 и АН3. При температуре затворения 21°С реакция протекает по схеме:
3 СаО — А1203 — г 6 НгО = ЗСа0-А1208-6Н,0
С3АН6 является единственным устойчивым соединением из всех гидроалюминатов кальция. Другие гидроалюминаты кальция медленно при нормальной температуре и весьма быстро при повышенных температурах переходят в кубические кристаллы С3АН6 (рис. 11). Такая перекристаллизация влияет на структуру и соответственно на прочность цементного камня; при высоком содержании в нем гидроалюминатов кальция возможно значительнее снижение прочности.
При гидратации С3А в присутствии некоторых соединений не исключено появление комплексных новообразований:
3 СаО-AJ203-3 CaS04-3J Н20, 3 СаО ■ А1203 ■ CaS04 ■ 12 Н20, 3 СаО — AJ203-CaCJ2- (10 — 12) Н,0, ЗСа0-А1203-Са (N03)2-ЮН20, 3 СаО — А1203 (Са, Mg)C03- JIh30.
С4АН13 можно рассматривать также как ЗСаО — •А1203-Са(0Н)2 — 12Н20.
Гидратация алюмоферритов кальция исследована применительно к наиболее часто встречающемуся в клинкере C4AF; его гидратация также зависит от температуры среды и содержания в растворе извести. В условиях гидратации портландцемента, т. е. насыщенного известью раствора при нормальной температуре, взаимодействие его с водой стехиометрически описывается следующим уравнением:
4 CaO-Al203-Fe203 + 2 Са (ОН)2 + 10 Н20 =
= ЗСа0-А1203-6На0 + 3Ca0-Fe203-6h30.
В результате образуются весьма устойчивые смешанные кристаллы С3(А, F)H6. При низкой температуре, примерно около 0°С, в насыщенном известью растворе образуется С4(А, F) Н13, гексагональные кристаллы кото рого также постепенно переходят в С3(А, F)Hg. Важным свойством алюмоферритов кальция является способность образовывать при гидратации ряд твердых растворов между гидроферритами и гидроалюминатами кальция, что благоприятно влияет, в частности, на коррозиеустойчивость портландцемента.
Гидратация содержащихся в клинкере свободной извести, а также периклаза (несвязанной MgO) протекает медленно с образованием гидроксида кальция и бру-‘ сита — Mg(OH)2. При крупных кристаллах свободной извести или периклаза становится особо заметным увеличение объема этих гидратных новообразований, что может вызвать существенные напряжения в цементном камне, нарушающие его структуру. Допустимое содержание СаОсвоб в нормально обожженном клинкере не должно превышать 1% ив отдельных случаях при тонком измельчении цемента — 2%. Валовое содержание оксида магния в клинкере ограничено по ГОСТ — 5%.
При взаимодействии с водой щелочных соединений силиката и алюмината кальция (К20-23Са0- 12Si02 и Na20-8Ca0-ЗА1203) щелочи переходят в раствор. Гидратация клинкерной жидкости, застывшей при охлаждении в стекловидном состоянии, приводит к образованию твердых растворов вида С3(А, F)H6. В их составе в качестве изоморфных компонентов находятся силикатные образования типа природных минералов группы гранатов — c3fs3 и СзАБз, в которых произошло замещение 6Н20 на 3Si02. Образующиеся при этом гидратные соединения называются гидрогранатами (рис. 12) и имеют состав ЗСаО(А1, Fe)203-Si02(6— —2х)Н20, причем при нормальной температуре «*»’ может быть равен 0,5—0,7,
Рис. В насыщенном растворе гипса и извести вначале образуется высокосульфатная форма гидросульфоалюмина — та кальция; после израсходования всего гипса по мнению ряда ученых начинает появляться низкосульфатная форма. Ее считают также твердым раствором гипса с ЗСа0-А1203-Са(0Н)2-12Н20(С4АН13). Однако эта точка зрения встречает возражения. Гидросульфоалюминат кальция устойчив при определенной концентрации извести глинозема и серного ангидрида. Несмотря на существование природного эттрингита, что свидетельствует об устойчивости, многие экспериментальные данные указывают на возможность его поверхностного разложения под действием углекислоты; его метастабильность проявляется при повышении температуры примерно до 363 к. В цементном камне образуется также гидросульфофер — рит кальция — 3Ca0-Fe203-3CaS04-31h30, а также его твердый раствор состава ЗСаО-(А1, Fe)203-3CaS04- •31Н20. При гидратации цемента эти соединения возникают очень быстро, причем играют большую роль в процессах формирования цементного камня. В. В. Ти — машев отмечает, что скорость реакции гидратации цемента зависит от скорости диффузии молекул воды и Растворенных ионов через слой продуктов реакции, располагающихся в виде оболочки на негидратированной поверхности частиц. Для определения скорости гидратации пользуются различными уравнениями [20]. АО «Искитимцемент» (управляющая компания – АО «ХК «Сибцем») освоило выпуск специального портландцемента для производства бетона дорожных и аэродромных покрытий, расширив тем самым ассортимент продукции до восьми видов. Новый портландцемент … Советская цементная промышленность по объему производства цемента занимает с’ 1962 г. первое место в мире. Выпуск цемента в СССР в 1982 г. В последние годы советские ученые М. М. Сычев, Н. Ф. Федоров, Л. Г. Судакас, Д. И. Чемоданов разрабатывают область науки о новых видах вяжущих, представляющих собой композиции из порошков металлов, … Кинетика гидратации цементаКайла Хэнсон, P.E. Когда вы видите слово «гидратация», вы можете подумать о воде, рекламе спортивного напитка или, может быть, о жарком солнечном летнем дне. Возможно, вы даже думаете о цементе. Гидратация Когда речь идет о бетоне, гидратация так же важна, как и для человека. Это серия химических реакций, происходящих при контакте воды и гидравлического цемента. При соединении воды и цемента в цементное тесто большая часть зерен цемента сразу же начинает растворяться, что инициирует процесс гидратации. В результате реакций образуется множество новых соединений, и чем больше цемента гидратируется, тем больше расходуется воды и цемента и образуется больше соединений. Но гидратация — это не просто соединение цемента и воды. Успешная гидратация и скорость гидратации цемента зависят от множества факторов. (фото из файла NPCA) Понимание четырех основных фаз портландцемента и важности сульфатов Четыре основных минеральных компонента, образующихся при производстве портландцементного клинкера, называются фазами. Они похожи на традиционные соединения, но содержат следы других элементов и оксидов. Четыре основные минеральные фазы в цементе представляют собой трехкальциевый силикат, двухкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит, которые часто обозначаются аббревиатурой C9. Помимо четырех фаз, дигидрат сульфата кальция или гипс также является важным компонентом любого цемента. Гипс смешивают с клинкером во время измельчения, чтобы регулировать время схватывания цемента. Без гипса пластиковый бетон мгновенно застынет. Другие сульфаты кальция также могут быть использованы в качестве регуляторов. Другие материалы, часто в виде промышленных побочных продуктов, добавляются при производстве клинкера, чтобы усилить действие сульфатов и четырех основных минеральных фаз. Добавление этого сырья обеспечивает дополнительные источники кальция, железа, кремнезема, глинозема и сульфата для создания различных типов цемента. Типы цемента и их свойства Каждый тип цемента имеет разный химический состав, что позволяет при правильном использовании давать определенные желаемые результаты. Количество и состав сульфатов, основных минеральных фаз и других материалов, используемых в производстве цемента, определяет тип и свойства цемента, а также его поведение. Цементы с содержанием C 3 A от относительно низкого до очень низкого обладают наибольшей устойчивостью к сульфатам. Цементы с низким C 3 Содержание А, низкое C 3 Содержание S и выше C 2 Содержание S обеспечивает более низкую теплоту гидратации. Цементы с высоким и очень высоким содержанием C 3 S способны быстрее набирать начальную прочность. ASTM C150 обозначает 10 типов цемента: Тип I: Нормальный ASTM C1157 описывает шесть типов цемента: ASTM C595 определяет три основных типа смешанных цементов: Цемент продукты гидратации Основными продуктами реакций гидратации цемента являются гидрат силиката кальция (CSH), гидроксид кальция (CH), а также фазы AFt и AFm. Гидратированное портландцементное тесто обычно состоит примерно на 50% из CSH и примерно на 15-25% из CH по массе. Большая часть прочности, проявляемой гидратированным цементным тестом, особенно прочность, может быть отнесена к CSH. C 3 A является наиболее реакционноспособной из четырех основных минеральных фаз цемента, но она лишь незначительно способствует ускорению набора прочности. С 3 A легко вступает в реакцию с водой в цементном тесте с образованием геля, богатого алюминатом, при этом процессе выделяется значительное количество тепла. Выделяемое тепло быстро уменьшается, обычно в течение нескольких минут. Однако полученный гель реагирует с различными сульфатами в цементе, включая гипс, ангидрит и полугидрат, и образует эттрингит. C 3 S и вода реагируют с образованием CSH и CH. C 3 S, также называемый алит, гидратируется, вступает в реакцию и быстро затвердевает и вносит наибольший вклад в начальное схватывание бетона и раннее развитие прочности. C 2 S также реагирует с водой с образованием CSH и CH. Однако C 2 S, или белит, вступает в реакцию медленнее по сравнению с алитом и, в свою очередь, вносит большой вклад в прирост прочности бетона после однонедельного возраста. С 4 AF является наименее распространенной из четырех основных минеральных фаз и мало способствует развитию прочности. Роль составов смесей в кинетике гидратации цемента Добавки, ускоряющие схватывание, позволяют увеличить скорость гидратации, увеличить ранний набор прочности и сократить время до начального и окончательного схватывания, часто без влияния на долговечность. Наоборот, добавки, замедляющие схватывание, снижают скорость гидратации, снижают ранний набор прочности и увеличивают время до начального и окончательного схватывания. Замедлители замедляют гидратацию, ингибируя образование и рост определенных продуктов гидратации. Замедлители часто используются для противодействия ускоренному отверждению, вызванному жаркой погодой, или для замедления схватывания, чтобы можно было использовать специальные методы отделки или сложные ситуации укладки. Добавки, ускоряющие схватывание, и добавки, замедляющие схватывание, выпускаются в различных формах, но чаще всего представляют собой жидкие химические добавки. Действие этих добавок зависит от состава, дозы, времени и последовательности их добавления в смесь, а также температуры окружающей среды и температуры бетона. Соотношение воды и цементного материала в бетоне влияет почти на все свойства как пластика, так и затвердевшего бетона. Для полной гидратации цемента обычно требуется 0,40 Вт/см. Степень гидратации составляющих материалов зависит от множества факторов; однако, если соотношение в/см слишком велико, избыток воды останется в бетонной матрице. Дополнительная вода будет оставаться до тех пор, пока не испарится, оставляя пустоты, которые не способствуют прочности на сжатие и значительно повышают восприимчивость бетона к множеству проблем. И наоборот, если соотношение в/см слишком низкое, вода смеси будет потребляться или испаряться, в то время как негидратированный цемент останется в матрице. Это не дает преимуществ для прочности или долговечности бетона и увеличивает стоимость сборного железобетона. Дополнительные вяжущие материалы (ВЦМ) часто добавляют в качестве заменителя порции портландцемента в бетонную смесь. Поведение SCM аналогично традиционному цементу. Однако различные типы СКМ усиливают или ингибируют определенные действия гидратации. Роль температуры в кинетике гидратации цемента Температура окружающей среды во время смешивания, укладки и отверждения играет роль в кинетике гидратации цемента. Хотя не все цементы реагируют одинаково, обычно при повышении температуры время схватывания уменьшается. В целом, колебание в 10 градусов по Фаренгейту может изменить время схватывания примерно на 33%. Идеальная температура отверждения обычно находится в диапазоне от 50 до -70 градусов. При температуре ниже 50 градусов гидратация происходит гораздо медленнее. Когда температура падает ниже 40 градусов, существенно затрудняется раннее развитие прочности. Температура воды замеса также играет роль в гидратации, так как она изменяет температуру бетона. Температуру воды для смешивания можно регулировать, часто нагревая воду или добавляя лед в воду для смешивания. Роль методов отверждения в кинетике гидратации цемента Дополнительная влага, добавляемая во время отверждения, заменяет воду, потерянную в результате гидратации и испарения. При добавлении дополнительной влаги скорость гидратации практически не меняется. Тем не менее, это помогает обеспечить достаточную влажность во время гидратации и отверждения. Недостаточная влажность может привести к тому, что цемент останется негидратированным, что не придаст бетону полезных свойств, или к преждевременному высыханию бетона, что приведет к небольшим поверхностным трещинам. Влагоудерживающие процедуры основаны на использовании пленок, покрытий или мембранообразующих составов, наносимых на внешние поверхности продуктов для улавливания влаги. Подобно дополнительному увлажнению, удержание влаги мало влияет на скорость гидратации. Наоборот, ретенционные процедуры помогают улучшить условия отверждения, обеспечивая достаточное количество влаги для достаточной гидратации цемента. Ускоренное отверждение за счет применения тепла и пара увеличивает скорость гидратации и скорость набора прочности. Ускоренное отверждение особенно полезно для достижения раннего набора прочности. Эти процедуры часто используются при бетонировании в холодную погоду, чтобы создать более подходящую среду для гидратации цемента. В сочетании с методами внешнего отверждения внутреннее отверждение включает использование полностью насыщенного легкого заполнителя, создающего внутренний запас воды, помогающий поддерживать достаточную влажность во время гидратации и отверждения. Береги себя Как и в случае с любым компонентом конструкции бетонной смеси, необходимо учитывать влияние различных типов цемента, добавок, SCM, вес/см, методов отверждения и любых других факторов проектирования и отверждения как на пластические характеристики бетона, так и на отвержденный характеристики. Кайла Хэнсон, ЧП является инженером технической службы с NPCA. Ресурсы: Portland Cement Association, Design and Control Mixes, 15th Edition Ссылки: 1. Аббревиатуры не являются истинными химическими формулами веществ: силикат трикальция (C 3 S) = 902 9 02 · SiO 2 ; двухкальциевый силикат (C 2 S) = 2CaO•SiO 2 ; алюминат трикальция (C 4 AF) = 3CaO • Al 2 O 3 ; алюмоферрит тетракальция (C 3 A) = 4CaO • Al 2 O 3 • Fe 2 O 3 CIVL 1101 — Часть 4 Химия гидратации. Силикаты кальция – реакция гидратации двух
Трехкальциевый алюминат — Гидратация C 3 A
Ферритовая фаза (C 4 AF) аналогична
Некоторые общие комментарии о свойствах продуктов гидратации, влияющих на общее C-S-H, гидрат силиката кальция — очень плохая кристалличность; точное химическое соединение Из-за плохой кристалличности C-S-H образует очень мелкие частицы неправильной формы и Была проделана значительная работа по моделированию структурных компонентов C-S-H, с Существуют три принятые модели конструкции C-S-H:
Гидроксид кальция — хорошо изученный гексагональный кристаллический материал. Сульфоалюминат кальция (эттрингит) — Эти шестиугольные призмы Развитие микроструктуры цемента связано с описанными пятью химическими стадиями. C-S-H — самый крупный компонент цементного теста (50-70%) и является CH — составляет 20-25% от объема цемента. В ускорении Сульфоалюминат кальция — малый компонент цементных паст (10-15%) Пористость — основной компонент микроструктуры, влияющий на
Продукты гидратации имеют меньший удельный вес и больший удельный объем, чем их
Изменение объема напрямую связано с пористостью. Можно рассчитать поровое пространство
, где a = степень гидратации и w n
где w g = гелевая вода или испаряющаяся вода Доступны другие соотношения для объема продуктов гидратации и пористости (см.
Следовательно, для полной гидратации соотношение в/ц не должно опускаться ниже 0,42. |