Aprospect.ru

Агентство недвижимости
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Учебное пособие: Портландцемент

Учебное пособие: Портландцемент

Портландцемент – гидравлическое вяжущее, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера и небольшого количества гипса (1,5. 3 %). Клинкер получают обжигом до спекания сырьевой смеси, обеспечивающей в портландцементе преобладание силикатов кальция. К клинкеру для замедления схватывания цемента добавляют гипс. Для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости портландцемента допускается введение минеральных добавок.

Производство. Основные операции при получении портландцемента: приготовление сырьевой смеси, обжиг ее до получения цементного клинкера и помол его совместно с добавками. Клинкер имеет следующий химический состав(%): СаО – 62. 68, SiO2 – 18. 26, А12 О3 – 4. 9, Fе2 О3 – 2. 6. Чаще используют известняк и глину в соотношении 3:1. В сырьевую смесь вводят корректирующие добавки и промышленные отходы, обеспечивающие требуемый состав клинкера.

Тщательно подготовленную сырьевую смесь (рис.8.1.) подают на обжиг во вращающуюся печь, диаметром до 7 м и длиной до 185 м. Изнутри печь выложена огнеупорным кирпичом. Печь установлена под небольшим (3. 4˚) углом к горизонту и вращается (0,8. 1,3 мин -1 ), благодаря этому сырьевая смесь перемещается в ней от верхнего конца к нижнему, куда подается топливо. Максимальная температура обжига 1450° С. При таких высоких температурах оксид кальция СаО, образовавшийся в результате разложения известняка, взаимодействует с оксидами SiO2 , А12 О3 и Fе2 О3 , образующимися при разложении глины. Продукты взаимодействия, частично плавясь и спекаясь друг с другом, образуют портландцементный клинкер – плотные твердые гранулы серого цвета. В состав портландцементного клинкера входят четыре основных минерала (табл. 8.1) и небольшое количество стеклообразного вещества.

Таблица 8.1. Минеральный состав портландцементного клинкера

Трехкальциевый силикат (алит), C3 S

Двухкальциевый силикат (белит), C2 S

Трехкальциевый алюминат, C3 A

Четырехкальциевый алюмоферрит, C4 AF

Примечание: В скобках сокращенное обозначение клинкерных минералов.

Портландцементный клинкер (на 60…80%) состоит из силикатов кальция, из-за чего портландцемент называют силикатным цементом.

Для получения портландцемента клинкер размалывают в трубных или шаровых мельницах с гипсом и другими добавками. Свойства портландцемента зависят от его минерального состава и тонкости помола клинкера. При взаимодействии с влагой воздуха активность портландцемента падает, поэтому его предохраняют от действия влаги. Портландцемент хранят в силосах, а транспортируют в специальных вагонах, автомобилях-цементовозах.

8.2 Твердение и свойства портландцемента

Твердение. При смешивании с водой частицы портландцемента начинают растворяться, причем одновременно может происходить гидролиз (разложение водой) и гидратация (присоединение воды) продуктов растворения с образованием гидратных соединений. По этой схеме взаимодействуют с водой главные компоненты клинкера алит С3 S и белит С2 S:

Трехкальциевый силикат С3 S взаимодействует с водой намного активнее, чем С2 S; при взаимодействии силикатов кальция с водой выделяется растворимый в воде компонент Са(ОН)2 –создающий щелочную реакцию в твердеющем цементе; С3 S выделяет Са(ОН)2 в 3 раза больше, чем С2 S; общее количество Са(ОН)2 достигает 15 % от массы цементного камня.

Алюминат кальция С3 А подвергается только гидратации. Этот процесс идет очень быстро с образованием крупных кристаллов 3СаО · А12 О3 + 6Н2 О → 3СаО · А12 О3 · 6Н2 О

Добавка гипса, вводимая при помоле клинкера, замедляет схватывание цемента на несколько часов из-за образования эттрингита 3СаО·А12 О3 ·3СаSО4 · (31–33)Н2 О, обладающего развернутой поверхностью и экранирования частиц минерала С3 А.

Четырехкальциевый алюмоферрит С4 АF взаимодействует с водой медленнее, чем С3 А, образуя гидроалюминат и гидроферрит кальция.

Основной продукт твердения портландцемента – гидросиликаты кальция – практически нерастворимы в воде. Они выпадают из раствора сначала в виде геля Гель гидросиликатов кальция со временем кристаллизуется. Остальные продукты взаимодействия клинкера с водой также участвуют в формировании структуры цементного камня и, также влияют на его свойства. Процесс гидратации зерен портландцемента из-за малой их растворимости растягивается на длительное время. Процесс может протекать при наличие воды в твердеющем материале. Качество цемента принято оценивать по прочности, набираемой им через 28 суток твердения.

8.3 Коррозия цементного камня

Коррозия цементного камня. Если вода или водные растворы солей и кислот фильтруются сквозь цементный камень, то начинается его разрушение Коррозия протекает тем интенсивнее, чем выше капиллярная пористость цементного камня В зависимости от действующих коррозионных агентов различают несколько видов коррозии.

Физическая коррозия (выщелачивание). При взаимодействии с водой силикатов кальция выделяется Са(ОН)2 , около 15 % от объема всех продуктов твердения. Растворимость Са(ОН)2 в воде около 2 г/л. Поэтому происходит вымывание Са(ОН)2 и вынос его на поверхность. На бетоне появляются белесые выцветы. Чем больше вымывается Са(ОН)2 из цементного камня, тем более пористым он становится. Это вызывает усиление фильтрации воды и т. д. Чтобы увеличить стойкость цементного камня к выщелачиванию, используют цементы с пониженным содержанием С3 S, а также добавляют к цементу активные минеральные (пуццолановые) добавки, связывающие Сa(OH)2 в менее растворимые гидросиликаты кальция nCaO·SiO2 ·mH2 O.

Читайте так же:
Цементный плинтус своими руками

Еще сильнее разрушает цементный камень фильтрующаяся через него минерализованная вода. В этом случае внутри цементного камня происходят различные химические реакции между растворенными в воде солями и продуктами твердения цемента.Особенно опасна сульфатная коррозия, вызываемая водой, содержащей сульфат-ион SО 2- 4 (в частности, растворы СаSО4 ). причиной разрушения является образование в цементном камне сложного комплексного соединения: гидросульфоалюмината кальция (эттрингит). Он образуется при взаимодействии гидроалюмината кальция, находящегося в цементном камне с поступающими с водой ионами Са 2+ и SО 2- 4 по следующей схеме:

Объем эттрингита в 2,5 раза превышает объем исходного гидроалюмината, что и вызывает разрушение затвердевшего цементного камня. Это эта же реакция образования эттрингита, но проводимая целенаправленно, используется для получения расширяющихся цементов. Основные пути защиты цементных материалов от коррозии следующие: правильный выбор типа цемента и снижение капиллярной пористости цементного камня.

Свойства портландцемента К ним относятся, тонкость помола, сроки схватывания, равномерность изменения объема при твердении и прочность затвердевшего цементного камня. Истинная плотность портландцемента составляет 2900. 3200 кг/м 3 , насыпная плотность в рыхлом состоянии 1000. 1100 кг/м 3 , в уплотненном – до 1600 кг/м 3 .

Тонкость помола характеризуется количеством цемента, проходящим через сито с сеткой №008, (размер отверстий 0,08 мм) и его удельной поверхностью. Согласно ГОСТу через сито с сеткой № 008 должно проходить не менее 95 % цемента, при этом удельная поверхность у обычного портландцемента должна быть в пределах 2000. 3000см 2 /г. Сроки схватывания портландцемента- начало, не ранее 45 мин; конец – не позднее 10 ч. Марку портландцемента определяют по пределу прочности при сжатии и изгибе образцов-балочек 40х40х160мм, изготовленных из цементно-песчаного раствора (состава 1:3) стандартной консистенции и твердевших 28 суток. Портландцемент выпускают марок: 400; 500; 550 и 600. Твердение портландцемента сопровождается выделением большого количества теплоты. Так как эта теплота выделяется в течение длительного времени (дни, недели), заметного разогрева цементного бетона или раствора не происходит. Однако, если объем бетона велик (например, при бетонировании плотин, массивных фундаментов), возможен разогрев бетона до температуры 70. 80° С, что приведет к его растрескиванию.

При твердении цементное тесто уменьшается в объеме. Усадка на воздухе составляет около 0,5. 1мм/м. При твердении в воде цемент немного набухает (до 0,5 мм/м). Изменение объема при твердении должно быть равномерным. Это свойство проверяют на лепешках из цементного теста, которые не должны растрескиваться после пропаривания в течение 3 ч. Неравномерность изменения объема возникает из-за присутствия в цементе свободных СаО и. МgО, находящихся в виде пережога. Портландцементы и шлакопортландцементы применяют для изготовления бетонов и железобетонных конструкций.

8.4 Шлакопортландцемент и др. виды цементов

Разновидности цементов представлены в таблице 8.2.

Таблица 8.2. Разновидности портландцемента

Для «холодных» скважин: начало схватывания не ранее 2 час, конец не позднее 10 часов. Температура твердения 22±2 о С, Rсж не ниже 2,7 МПа через двое суток твердения.

Для «горячих» скважин: начало схватывания не ранее 1ч 45мин, конец схватывания не позднее 4ч 30мин.

Температура твердения — 75±3 о С. Rсж не ниже 6,2МПа.

Глиноземистый цемент – быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения клинкера, содержащего преимущественно низкоосновные алюминаты кальция.

Однокальциевый алюминат СаО·Al2 O3 определят быстрое твердение и др. свойства. В нем содержатся и другие алюминаты кальция, например, 2СаО·Al2 O3 . Цемент изготовляют из известняка СаСО3 и бокситов содержащих глинозем Al2 O3 ·nH2 O. Получают этот цемент путем плавки в доменной печи бокситовой руды и железного лома. При этом доменная печь одновременно выдает чугун и шлак, представляющий собой клинкер глиноземистого цемента.

Глиноземистый цемент марок 400, 500 и 600 обладают необычно быстрым твердением через трое суток и нормальными сроками схватывания. Начало схватывания не ранее 30мин. и конец схватывания не позднее 12 часов, тепловыделение при твердении в 1,5 раза больше, чем у портландцемента. В продуктах гидратации глиноземистого цемента не содержится гидроксида кальция, Са(ОН)2 и трехкальциевого шестиводного гидроалюмината (С3 ·А·Н6 ), если температура твердения не превышает 25 о С, поэтому бетон на глинозёмистом цементе более стоек по сравнению с портландцементом против выщелачивания Са(ОН)2 , а также в растворах сульфата кальция и магния (в морской воде). Однако затвердевший глиноземистый цемент разрушается в растворах кислот и щелочей, поэтому глиноземистый цемент нельзя смешивать с портландцементом и известью.

Читайте так же:
Устройство укрепления откосов монолитным бетоном

С учетом специфических свойств и высокой стоимостью глиноземистый цемент предназначается для получения быстротвердеющих, а также жаростойких бетонов и растворов и расширяющихся цементов.

Расширяющиеся и безусадочные цементы.

Состав цемента дает возможность регулировать количество и скорость образования кристаллов гидросульфоалюмината кальция (3СаО·Al2 O3 ·3CaSO4 ·31H2 O) и избежать появления больших напряжений, вызывающих растрескивание затвердевшего цементного камня.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) получают совместным тонким измельчением в мас., % портландцементного клинкера – 58…63, глиноземистого шлака или клинкера – 5…7, гипса – 7…10, доменного граншлака или другой активной минеральной добавки – 23…28. РПЦ отличается быстрым твердением в условиях кратковременного пропаривания, высокой плотностью и водонепроницаемостью цементного камня и способностью расширяться при постоянном увлажнении в течение первых трех суток.

Портландцемент

Особенностью портландцементного клинкера является непостоянство минералогического состава. При обжиге сырьевой смеси при температурах 1273—1523 К вначале образуются ферриты и алюминаты кальция. При повышении температуры эти соединения плавятся (минералы-плавни), образуя жидкую фазу клинкера, в результате чего синтез переходит в расплав — раствор. Образовавшийся к этому времени ортосиликат кальция — двухкальциевый силикат Ca2SiO4(2CaO . SiO2) и часть СаО, образовавшаяся за счет термической диссоциации СаСОз, растворяются в клинкерной жидкости (жидкой фазе) и из расплава кристаллизуется более основный оксиортосиликат Ca3SiO5 — трехкальциевый силикат (3CaO . SiO2). Соотношение между двухкальциевым и трехкальциевым силикатами в клинкере может меняться. Могут изменяться также соотношения между минералами-силикатами и минералами-плавнями. Последнее в значительной степени (хотя и неоднозначно) определяется соотношением SiO2/(Al2O3 + Fe2O3), называемым силикатным модулем п, значения которого колеблются от 1,7 до 4, причем чем выше значение силикатного модуля, тем меньше алюминатов и алюмоферри-тов в клинкере (минералов-плавней) и тем меньше при спекании сырьевой смеси образуется расплава — жидкой фазы. Соотношение между двухкальциевым и трехкальциевым силикатами определяется концентрацией в клинкере окиси кальция (концентрацией карбоната в сырьевой смеси). Поскольку первоначально образуются ферриты и алюминаты, то часть СаО расходуется на насыщение А12О3 и Fe2O3. canada goose expedition Оставшаяся СаО расходуется на образование двухкальциевого (C2S) и трехкальциевого (C3S) силикатов. Вначале вся SiO2 свяжется в C2S, и если имеется ее избыточное количество, то образуется из C2S и СаО трехкальциевый силикат (C3S). Модули. Для оценки возможного содержания в клинкере C3S при заданной концентрации СаО служит предложенный В. А. Киндом коэффициент насыщения где СаО, SiO2, A12O3, Fe2O3, SO3 — концентрация окислов в клинкере. При КН= 1 в клинкере достаточно извести, чтобы весь SiO2 превратился в C3S. canada goose parka При значениях КМ<1 в клинкере будет образовываться как С3 S, C2 S, причем чем меньше KH, тем больше в клинкере C2 S. При КН = 0,67 силикаты представлены С2S. nike air huarache avis Коэффициенты при Al2O3, Fe2O3, SO3, SiO2 – мольные отношения CaO к кислотному окислу в клинкерных соединениях — алюминате, силикате, алюмоферрите (твердом растворе алюмината в феррите). Алюмоферриты имеют переменный состав, и молекулярная формула C4AF выражает только более распространенное соотношение в алюмоферрите. Поэтому для характеристики клинкера вводят глиноземистый или алюминатный модуль р = А123/Fе20з, характеризующий состав алюмоферритной фазы в клинкере. Значения глиноземистого модуля колеблются в интервале от 0,9 до 3,0. Если молекулярное отношение в алюмоферрите Al2O3/Fe2O3 равно 1 (р = 0,64), то считают, что в клинкере образуется только C4AF. Если р>0,64, то кроме C4AF в клинкере присутствуют и алюминаты. Если р<0,64, то в клинкере образуется алюмоферрит переменного состава от C4AF (через C6AF2) до C2F, причем состав алюмо-феррита может быть выражен формулой С2 (A, F). В этом случае КН определяется (если р<0,64) по формуле Итак, клинкер имеет переменный фазовый состав — переменное соотношение между минералами, образующими клинкер. Однако и состав фаз в клинкере непостоянен. Это связано со способностью отдельных соединений (минералов) растворяться друг в друге, образуя твердые растворы. Кроме того, сырье часто содержит примесные окислы (компоненты R2O, P2O5, SO3, TiO2, Сг2Оз, Мл2Оз). Эти примесные окислы могут растворяться в клинкерных минералах в виде окислов или соединений с СаО — фосфатов, сульфатов, манганатов и т. д. Фазовый состав клинкера. ugg soldes Фазы портлан’дцементного клинкера можно рассматривать как фазы и соединения переменного состава по Н. С. Курнакову. Бертоллидной фазой (соединением переменного состава) является алюмоферритная фаза клинкера, переменный состав которой был установлен Н. А. Тороповым. Состав алита и белита следует рассматривать с позиций образования твердых растворов и представлений о фазах переменного состава. Так, по данным Н. А. Торопова и А. И. Canada Goose Homme Бойкова, при кристаллизации трех-кальциевого силиката в системе СаО—SiO2—V2O3 мольное соотношение GaO/SiO2 достигает 3,13. При кристаллизации фазы двух-кальциевого силиката в системе СаО—SiO2—TiO2 мольное соотношение CaO/SiO2>2,4. Следовательно, алит и белит — это дальто-нидные фазы, переменный состав которых лежит в области гомогенности фазы и характеризуется сингулярной точкой на диаграммах состояния. На основании работ В. И. Корнеева и М. М. Сычева установлено, что двухкальциевый силикат может содержать в твердом растворе избыточную окись кальция и в отсутствие примесных компонентов («нестехиометрическая» форма), причем область гомогенности двухкальциевого силиката простирается в системе СаО—SiO2 вправо от то^ки состава Ca2Si04 в пределах CaO/SiO2=2,00—2,35 (максимальное насыщение—10% избыточной окиси кальция). Из изложенного вытекает важное положение — переменный состав фаз не может не сказаться на свойствах этих фаз, в том числе химических, определяющих последующие вяжущие свойства цементных паст. Следовательно, учение о фазах переменного состава играет важную роль в химии портландцемента. Переменный состав фаз клинкера позволяет регулировать свойства цемента (цементных паст), что позволяет выпускать цементы различных назначений и различной активности (марочности). Поскольку при обжиге сырьевой смеси могут образовываться твердые растворы, в клинкере нет собственно C2S или C3S, а присутствуют их твердые растворы. Условились называть твердые растворы на основе C2S — фазой белита (белитом), а на основе C3S— ■ фазой алита (алитом). Алит C3S (фаза трехкальциевого силиката) устойчив между 1523 и 2343 К и при 2343 К плавится инкогруэнтно, образуя расплав и СаО. Ниже 1523 К «чистый» C3S не разлагается или разлагается с очень малой скоростью. C3S при комнатной температуре имеет тригональную структуру (гексагональная решетка) и сложен из тетраэдров SiO|

Читайте так же:
Форма для заливки цемента для дорожки

. Ионы кальция связывают тетраэдры и находятся в октаэдрической координации по отношению к кислородным ионам, не связанным с SiC>4

. nike sb При’этом образуются искаженные атомные октаэдры вокруг ионов кальция и создаются пустоты в структуре, способные вмещать другие атомы. Это приводит к возможности легко образовывать твердые растворы на основе C3S. Трехкальциевый силикат до температуры 1373 К имеет шесть аллотропных форм. Каждая из них образует твердые растворы, и все они близки к тригональной решетке. nike sb При высокой» температуре решетка C3S ромбоэдрическая (R), а при охлаждении происходит понижение симметрии. Для полиморфизма C3S характерно- незначительное преобразование атомного мотива типа смещений атомов без заметного нарушения химических связей. При кристаллизации из расплава C3S образуются твердые растворы, захватывая в свою структуру MgO, А12О3, Fe2C>3, СаО. canada goose gilet Ионы Са 2+ могут входить сверх стехиометрии, располагаясь в октаэдри-ческих пустотах, хотя некоторые считают, что твердые растворы СаО в C3S — это явление, связанное с текстурой и сорбцией СаО на поверхности границ отдельных кристаллических образований. Магний изоморфно может замещать в решетке Са 2+ , причем предел растворимости MgO зависит от температуры. Образование твердого раствора обычно стабилизирует * высокотемпературные формы C3S. При концентрациях MgO выше-2% в клинкере появляется самостоятельная фаза — периклаз. Алюминий способен замещать в тетраэдрах SiO^»»—Si 4+I npH концентрации А12Оз до 0,45%, одновременно располагаясь в октаэдрических пустотах структуры и обеспечивая hтем самым электронейтральностью. Дальше см. стр116 Бутт Ю. М., Сывчев М. М., Тимашев В. В. Химическая технология вяжущих материалов.

Минералогический состав цементного камня. Минерал, характеризующийся самой высокой растворимостью в воде

Цемент (в переводе с латинского «битый камень») — один из основных строительных материалов; гидравлическое минеральное вяжущее вещество, приобретающее при затвердевании высокую прочность, также используемое при изготовлении бетона. Его называют гидравлическим, поскольку набор прочности и затвердевание происходит в присутствии воды; полученные из цементных минералов и воды твёрдые соединения водостойки, то есть нерастворимы в воде. Его называют минеральным, поскольку исходные материалы, используемые для его получения, — минеральной природы (горные породы или продукты их выветривания).

Файлы: 1 файл

Реферат по химии.docx

Цемент (в переводе с латинского «битый камень») — один из основных строительных материалов; гидравлическое минеральное вяжущее вещество, приобретающее при затвердевании высокую прочность, также используемое при изготовлении бетона. Его называют гидравлическим, поскольку набор прочности и затвердевание происходит в присутствии воды; полученные из цементных минералов и воды твёрдые соединения водостойки, то есть нерастворимы в воде. Его называют минеральным, поскольку исходные материалы, используемые для его получения, — минеральной природы (горные породы или продукты их выветривания).

К основным минералам клинкера относятся алит и белит (силикаты кальция), а также трехкальциевый алюминат и алюмоферрит кальция (алюминаты кальция). Каждый из них можно синтезировать отдельно, что дает возможность сопоставлять свойства минералов.
Алит — основной минерал клинкера. Алита в клинкере содержится 45. 60%, т.е. больше, чем любого другого минерала. Алит отличается быстротой твердения и большой прочностью.
Белит — второй по значению клинкерный минерал. Состав белита выражается формулой 2СаО • Si02, сокращенно C2S. Содержание его в клинкере 20. 30%. Белит медленно твердеет, но при благоприятных условиях может в длительные сроки образовывать с водой весьма прочные соединения. Названия искусственных минералов клинкера — алит и белит — образованы от греческого слова "литое" (камень) с прибавлением начальных букв латинского алфавита А и В. Суммарное содержание этих минералов — силикатов кальция составляет в клинкере портландцемента около 75 %. Поэтому его называют иногда силикатным цементом в отличие от алюминатных цементов, например глиноземистого, в клинкерной части которых преобладают не силикаты, а алюминаты кальция.
Трехкалъциевого алюмината содержится в клинкере 4. 12%. Отличается чрезвычайно быстрым схватыванием и твердением, но дает небольшую прочность.
Четырехкальциевого алюмоферрита содержится в клинкере 10. 20%. По скорости гидратации он уступает алиту, но превосходит белит, прочность же его незначительна.

Читайте так же:
Improve цемент для фиксации коронок

Для получения морозостойких бетонов нормируют минеральный состав клинкера, чтобы повышать стойкость цементов против химической коррозии. Помимо указанных основных соединений в клинкере присутствует свободный кристаллический окси д магния MgO (минерал периклаз), а также оксиды калия и натрия. Высокое содержание периклаза (более 5 %), особенно в виде крупных кристаллов, представляет большую опасность. При взаимодействии с водой MgO увеличивается в объеме. Если эта реакция происходит в затвердевшем цементном камне, то возникают большие внутренние напряжения, что приводит к растрескиванию бетона. Содержащиеся в клинкере щелочные оксиды К2O и Na2O опасны в том случае, когда в каменных заполнителях бетона (песке и гравии) есть опаловидный кремнезем. Этот аморфный минерал взаимодействует со щелочами уже при нормальной температуре, причем объем продуктов реакции увеличивается, что также может вызвать растрескивание бетона. Для исключения этого ограничивают суммарное содержание К2O + Na2O в клинкере (не более 0,6 %). Минералы цементного клинкера способны энергично взаимодействовать с водой, образуя гидратные соединения. Клинкерные минералы растворяются в воде в большей или меньшей степени, а продукты гидратации цемента (так называемые новообразования или кристаллогидраты) в воде практически нерастворимы. В противном случае отвердевшие цемент или бетон не были бы водостойкими. Процесс твердения цемента в соответствии с теорией твердения вяжущих, разработанной академиком А.А. Байковым, условно разделяется на три периода: подготовительный, коллоидации и кристаллизации. В подготовительном периоде частицы цемента смачиваются водой и начинают растворяться с поверхности; со временем образуется насыщенный раствор. В этот период, длящийся 1 . 3 ч, цементное тесто пластично и легко поддается формованию. В период коллоидации концентрация гидратных новообразований в растворе возрастает. Гидратные новообразования обладают гораздо меньшей растворимостью в воде, чем исходные безводные соединения. Поэтому раствор, насыщенный по отношению к исходным соединениям, является пересыщенным по отношению к новообразованиям. Гидратные новообразования в виде мельчайших коллоидных частичек — субмикрокристаллов — выделяются из раствора, образуя цементный гель. Возникновение геля в большом количестве приводит к загустеванию цементного теста, которое утрачивает пластичность. Момент загустевания (схватывания) цементного теста наступает через 5. 10ч после затворения цемента водой. Прочность загустевшего теста в этот период еще невелика. Период кристаллизации характеризуется дальнейшей гидратацией цемента. Образующийся гель постепенно преобразуется в кристаллические сростки. Число и поверхность контактов в кристаллах новообразований увеличивается, что приводит к заметному росту прочности цементного камня. Твердение цемента и материалов на его основе — бетона, строительного раствора при благоприятных условиях может продолжаться несколько лет. Новообразования, формирующие кристаллический сросток в цементном камне, возникают в результате химических реакций гидролиза и гидратации минералов цементного клинкера. Гидролиз характеризуется расщеплением исходных минералов, а при гидратации идет лишь присоединение воды к исходному минералу. Алит и белит при взаимодействии с водой подвергаются гидролизу. В результате реакций возникает соединение, в состав которого входит химически связанная вода. Важно отметить, что это соединение (гидросиликат кальция), как и другие продукты гидратации цемента, представляет собой твердые вещества. Их называют кристаллогидратами. Кроме гидросиликатов кальция при гидролизе алита и белита образуется гидроксид кальция Са(ОН)2 в значительных количествах. Это обстоятельство имеет большое значение для формирования многих свойств затвердевшего цемента. В результате гидратации трехкальциевого алюмината возникает гидроалюминат кальция. Реакция протекает чрезвычайно быстро. Гидроалюминат кальция образует пространственную структуру, пронизывающую цементное тесто. Оно утрачивает пластичность, и схватывание цемента может происходить уже через 1. 2 мин после затворения.
Чтобы замедлить схватывание цемента, вводят в его состав гипсовый камень, который связывает алюминат кальция. Так продолжается до тех пор, пока не будет израсходован весь гипс. Лишь после этого начинается интенсивное взаимодействие с водой (но уже без гипса), которое приводит к схватыванию цемента. Последний из клинкерных минералов — четырехкальциевый алюмоферрит гидролизуется, и образуются гидроалюминат и гидроферрит кальция. Таким образом, в результате взаимодействия цемента с водой получаются новые соединения, в состав которых входит химически связанная вода: гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция, а также гидроксид кальция. Они и обусловливают формирование прочной структуры твердеющего цемента.
Все химические реакции взаимодействия клинкерных минералов с водой — экзотермические, т.е. сопровождаются выделением теплоты. Экзотермия цемента может рассматриваться и как положительное явление (например, при зимнем бетонировании), и как отрицательное (при бетонировании массивных конструкций или производстве работ в жаркую сухую погоду). К одному из продуктов взаимодействия силикатных минералов (алита и белита) с водой относится гидроксид кальция. Это значит, что в результате твердения в цементном камне всегда возникает щелочная среда. Данное явление также имеет свои плюсы и минусы. В щелочной среде, как известно, не происходит коррозии железа. Поэтому бетоны на портландцементе (и его разновидностях) хорошо защищают стальную арматуру от коррозии. Это одно из основных условий высокой долговечности железобетона.
С другой стороны, Са(ОН)2 сравнительно легко подвергается коррозии в агрессивных средах и даже может вымываться водой. Поэтому для повышения стойкости бетона к коррозии приходится вводить в цемент особые добавки, связывающие Са(ОН)2 в более стойкие соединения. Таким путем получают, например, пуццолановый портландцемент.

Читайте так же:
Цементный раствор с пва для стяжки пола пропорции

Наиболее быстро гидратирующимся минералом портландцементного клинкера является трехкальциевый алюминат, за ним идет четырехкальциевый алюмоферрит, далее трехкальциевый силикат и, наконец, двухкальциевый силикат.

Характеристика минералов цементного клинкера

Toggle navigation

Ремонт в регионах

По химическому составу в % рядовой цемент содержит:
извести . . 64—68
кремнезема . 21 —24
глинозема. 4—7
окиси железа . 2—4
окиси магния. 1—3
серного ангидрида. 1—2

Минералогический состав цемента в % может колебаться в следующих пределах:
трехкальциевый силикат (алит) 3CaО•SiО2(C3S) . . . .70—20 двухкальциевый силикат (белит) 2CaО•Si02(C2S) . . . .10—60
трехкальциевый алюминат ЗСаО•Аl2О33А). 4—15
четырехкальциевый алюмоферрит 4СаО•Аl2О3•Fе234АF) 6—16

По современным воззрениям вместо С4АF образуется ряд твердых растворов от С2F до С2АF.
При соприкосновении с водой перечисленные минералы гидратируются, т. е. образуют кристаллогидраты определенного состава или претерпевают гидролитическое разложение.
Это обусловливается тем, что отдельные минералы являются устойчивыми только в воде, содержащей определенное количество растворенной извести. Теоретически, если производить обработку отдельных измельченных минералов или их кристаллогидратов проточной водой, можно получить полный гидролиз всех минералов цементного камня:
C3S — C2S + С = CS + 2С = S + ЗС
или
С4А = С3А + С = С2А + 2С.

Выделяющаяся при гидролизе известь может удаляться с водой с ослаблением структуры бетона; происходит выщелачивание или так называемая «белая смерть бетона».
Однако по ряду причин такого полного извлечения извести из бетона не происходит.
Выщелачивание извести происходит только при условии непрерывного обмена воды, например при систематической односторонней фильтрации воды через бетонные стенки плотин, резервуаров, труб и т. п. Но даже в этих случаях фильтрующаяся вода должна быть мягкой, т. е. совершенно не содержать растворенных солей, и в частности карбонатов, а бетон должен быть достаточно пористым.

минералогический состав цемента

К тому же удаление извести из бетона даже при фильтрации происходит только из определенных участков, образующихся в результате неплотной укладки бетона.
Все это приводит к тому, что выщелачивающая коррозия не представляет такой грозной опасности, какой она представляется исходя из общих соображений о возможном гидролизе минералов цементного камня.

Практически же находящаяся в порах бетона свободная вода представляет собой насыщенный или даже пересыщенный раствор извести с концентрацией от 1,3 до 1,7 мг/л, в котором вполне устойчивы все алюминаты вплоть до четырехкальциевого, а также все силикаты, начиная с C2S.
Для рассмотрения поведения цементного камня в разных средах существенно отметить, что происходит отщепление извести при гидролизе трехкальциевого силиката с параллельной ее гидратацией и частичным расщеплением на ионы:
Са (ОН)2=Са» + 20Н’.
Именно ионы пидроксила и сообщают бетону щелочной характер.
Гидроокись кальция в поверхностных слоях бетона, соединяясь с углекислотой воздуха, превращается в углекислый кальций или известняк. Происходит так называемая карбонизация бетона:
Са (ОН)2 + СО2 СаС03 + Н2О.

Бетон при этом уплотняется, но щелочность камня снижается с рH= 12-12,5, характерных для насыщенного раствора извести, до 9, характерного для водной вытяжки известняка.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector