Вся электронная библиотека >>>

Содержание книги >>>

 

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Строительные материалы


Книги по строительству и ремонту

 

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

Твердение портландцемента

 

 

Превращение цементного теста в камневидное тело обусловлено сложными химическими и физико-химическими процессами взаимодействия клинкерных минералов с водой, в результате которых образуются новые гидратные соединения, практически нерастворимые в воде.

Процесс гидролиза и гидратации трехкальциевого силиката выражается уравнением:

2 (ЗСаО- SiO2) + 6НаО = 3CaO.2SiO2.3HX> + ЗСа(ОН)2

В результате образуется практически нерастворимый в воде гидросиликат кальция и гидроксид кальция, который частично растворим в воде.

Двухкальциевый силикат гидратируется медленнее C3S и при его взаимодействии с водой выделяется меньше Са(ОН)2, что видно из уравнения реакции:

2 (2СаО -SiO2) + 4Н2О = ЗСаО -2SiO2 -ЗН2О + Са(ОН)2

Молярное соотношение СаО: SiO2 в гидросилнкатах, образующихся в цементном тесте, может изменяться в зависимости от состава материала, условий твердения и других обстоятельств. Поэто • му применяется термин C-S-H для всех полукристаллических и аморфных гидратов кальциевых силикатов. Гидросиликаты кальция низкой основности, имеющие состав (0,8...1,5)CaO-SiO2'(1... ...2,5)Н2О, обозначаются (по Тейлору) формулой C-S-H(I), гидроси-. ликаты высокой основности (l,5...2)CaO'SiO2-«H2O — формулой C-S-H(II). Образование низкоосновных гидросиликатов кальция повышает прочность цементного камня; при возникновении высокоог-новных гидросилнкатов его прочность меньше. При определенных условиях, например при автоклавной обработке, образуется тобермо-рит 5CaO-6SiO-5H2O, характеризующийся хорошо оформленными кристаллами, которые упрочняют цементный камень.

Взаимодействие трехкальциевого алюмината с водой приводит к образованию гидроалюмината кальция:

ЗСаО-А!,О3 + 6Н2О = ЗСаО.А1гО3.6Н2О

Реакция протекает с большой скоростью. Образующийся шестиводный трехкальциевый алюминат создает непрочную рыхлую кристаллизационную структуру и вызывает быстрое снижение пластических свойств цементного теста.

Замедления сроков схватывания портландцемента достигают введением при помоле небольшой добавки дву-водного гипса. В результате химического взаимодействия    трехкальциевого    гидроалюмината    с    введенным гипсом и водой   образуется   труднорастворимый  гидро-сульфоалюминат кальция   (эттрингит)  по схеме:

ЗСаО • А12О3 -6Н2О + 3 (CaSO4 -2НаО) + (19...20) Н2О = = ЗСаО • А12О3 • 3CaSO4 • (31... 32) НаО

 

 

В насыщенном растворе Са(ОН)2 эттрингит сначала выделяется в коллоидном тонкодисперсном состоянии, осаждаясь на поверхности частиц ЗСаО-А12О3, замедляет их гидратацию и продлевает схватывание цемента.

Таким образом, на некоторое время, пока не израсходуется весь находящийся в растворе гипс (обычно 1...2 ч), предотвращается появление свободного гидроалюмината кальция и преждевременное загустевание цементного теста.

При правильной дозировке гипса он является не только регулятором сроков схватывания портландцемента, но и улучшает свойства цементного камня. Это связано с тем, что кристаллизация Са(ОН)2 из пересыщенного раствора понижает концентрацию гидроксида кальция в растворе и эттрингит уже образуется в виде длинных иглоподобных кристаллов. Кристаллы эттрингита и обусловливают раннюю прочность затвердевшего цемента. Кроме того, объем гидросульфоалюмината кальция более чем в 2 раза превышает объем исходных продуктов реакции. Так как такое увеличение объема происходит в еще не затвердевшем цементном тесте, то оно уплотняется, что способствует повышению прочности и морозостойкости цементного камня.

Четырехкальциевый алюмоферрит при действии воды гидролитически расщепляется с образованием шестивод-ного трехкальциевого алюмината и гидроферрита кальция по схеме:

4СаО -ALA- Fe2O3 + mH2O = ЗСаО • А12О3 • 6Н2О + + CaO-Fe2O3-«H3O

Однокальциевый гидроферрит, взаимодействуя с ги-дроксидом кальция, который образовался при гидролизе C3S, переходит в более основный гидроферрит кальция 3(4)CaO-Fe2O3-nH2O. Гидроалюминат связывается добавкой гипса, как указано выше, а гидроферрит входит в состав цементного геля.

При твердении цемента на воздухе рассмотренные выше реакции дополняются карбонизацией гидроксида кальция, протекающей на поверхности цементного камня.

Описанные химические превращения протекают параллельно с физико-химическими процессами микроструктурообразования, выражающимися в процессах молекулярного и коллоидного растворения, коллоидации и кристаллизации. В своей совокупности эти процессы приводят к превращению цемента при затворении водой сначала в пластичное тесто, а затем в прочный затвердевший камень. Ввиду сложности и недостаточной изученности указанных физико-химических процессов существует различное теоретическое толкование об их характере и последовательности. Как уже отмечалось, полнее других сущность твердения портландцемента и других неорганических вяжущих веществ была раскрыта в теории твердения этих вяжущих, выдвинутой А. А. Байковым и развитой затем другими советскими учеными — В. А. Киндом, В. Н. Юнгом, В. Ф. Журавлевым, П. П. Будниковым, П. А. Ребиндером, Н. А. То-роповым, А. Е. Шейниным, А. В. Волженским и др.

В соответствии с этой теорией можно выделить три периода.

 В первом периоде происходит растворение клинкерных минералов с поверхности цементных зерен до образования насыщенного раствора, в котором начинают возникать первичные зародыши новых фаз (Са(ОН)2, эттрингита и иглы геля C-S-H).

 Во втором периоде в насыщенном растворе идут реакции гидратации клинкерных минералов в твердом состоянии (топохимически), т. е. происходит прямое присоединение воды к твердой фазе вяжущего без предварительного его растворения. Образующиеся гидросиликат и гидроферрит кальция почти нерастворимы в воде и выделяются в коллоидном состоянии на поверхности цементных частиц. Гидроксид кальция и трехкальциевый гидроалюминат, обладая небольшой растворимостью, быстро образуют насыщенный, а в дальнейшем и пересыщенный раствор. Поэтому при продолжающейся химической реакции новые порции гидроксида кальция и трехкальциевого гидроалюмината также выделяются в коллоидном состоянии. В результате вокруг поверхности цементных зерен образуется оболочка коллоидного геля (студня), обладающего клеящим свойством. Через некоторое время цементные зерна оказываются в контакте друг с другом через такие оболочки, образуя так называемую коагуля-ционную структуру цементного теста. При этом цементное тесто начинает густеть и теряет пластичность — оно схватывается.

 Характерной особенностью коагуляционной структуры цементного теста является ее тиксотропность, т. е. способность обратимо разрушаться (разжижаться) при механических воздействиях (перемешивание, встряхивание и т. д.).

 В третьем периоде происходит переход некоторой части новообразований в кристаллическое состояние с последующим ростом отдельных кристалликов и образованием кристаллических сростков (формируется кристаллизационная структурная сетка). Быстрее других кристаллизуются трехкальциевый гидроалюминат и ги-дроксид кальция. Их микрокристаллы пронизывают гель и, срастаясь между собой, повышают прочность цементного камня. Одновременно гель, состоящий теперь главным образом из гидросиликата и гидроферрита кальция, уплотняется в результате отсоса воды внутрь цементных зерен на дальнейшую гидратацию, а при твердении цемента на воздухе — и за счет ее испарения. Частицы геля гидросиликата, имеющие первоначально игольчатую форму, продолжая расти, ветвятся, становятся древовидными, что является одной из причин соединения частиц геля гидросиликата в агрегаты, имеющие характерную форму «снопов пшеницы» или в виде плотно агломерированных листков. Тонкие слои геля получаются и между кристаллами Са(ОН)2, образуя с ними сросток, упрочняющий цементное тесто. Эти процессы идут медленно и обусловливают длительный рост прочности цементного камня.

 

Содержание книги: «Стройматериалы»

 

Смотрите также:

 

 Строительные материалы

 

Вяжущие вещества — основа современного строительства

Краткие сведения о развитии производства минеральных вяжущих веществ

Классификация и номенклатура вяжущих веществ, исходные материалы для их производства, добавки

Добавки

 

ЧАСТЬ 1. ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА ВОЗДУШНОГО ТВЕРДЕНИЯ

ГИПСОВЫЕ И АНГИДРИТОВЫЕ, ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА И СЫРЬЕ ДЛЯ ИХ ПРОИЗВОДСТВА

Модификации водного и безводного сульфата кальция

Технология гипсовых вяжущих а- и Р-модификаций полугидрата сульфата кальция из природного сырья

Обжиг гипса в варочных котлах

Гипсоварочный котел

Гипсовое вяжущее

Получение высокопрочного гипса варкой в окидких средах

Охрана труда и автоматизация производства на гипсовых заводах

Схватывание и твердение полуводного гипса

Свойства гипсовых вяжущих и области их применения

Ангидритовые вяжущие

Ангидритовый цемент

Высокообжиговое ангидритовое вяжущее (эстрих-гипс)

Гипсовые и ангидритовые вяжущие из побочных материалов химической промышленности

 

ГЛАВА 2. ИЗВЕСТЬ СТРОИТЕЛЬНАЯ ВОЗДУШНОГО ТВЕРДЕНИЯ

Исходные материалы

Негашеная известь (комовая)

Известково-обжигательные печи

Гидратная известь (пушонка) и известковое тесто

Гидраторы

Известковое тесто

Молотая негашеная известь

Охрана труда на известковых заводах

Твердение воздушной извести

Свойства воздушной извести и области ее применения

  

ГЛАВА 3. МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА. Каустический магнезит

Затворители для каустического магнезита

Магнезиальный цемент

Каустический доломит

 

ЧАСТЬ 2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

 

ГЛАВА 4. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ИЗВЕСТЬ И РОМАНЦЕМЕНТ. Гидравлическая известь

Свойства гидравлической извести

Романцемент

Свойства романцемента

 

ГЛАВА 5. ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

Клинкер, его химический и минеральный состав

Алит

Белит

Алюмоферритная и алюминатная фаза промежуточного вещества в клинкере

Характеристика клинкера

Классификация клинкеров и номенклатура портландцементов

 

ГЛАВА 6. ТЕХНОЛОГИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА. Сырьевые материалы и топливо

Мергели. Глины. Корректирующие добавки

Обжиг

Производство портландцемента

Мокрый способ производства клинкера

Корректирование состава шлама

Обжиг сырьевой смеси

Способы повышения эффективности изготовления клинкера мокрым способом

Сухой способ производства клинкера

Подготовка сырья и его обжиг во вращающихся печах с теплообменниками, декарбонизаторами и кальцинаторами

Обжиг в шахтных печах

Помол клинкера

Помольные установки и процессы измельчения

Хранение, упаковка и отправка цемента

Контроль производства цемента

Охрана труда на цементных заводах

Повышение эффективности производства и качества продукции

 

ГЛАВА 7. ТВЕРДЕНИЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА И ЕГО СВОЙСТВА

Теория твердения портландцемента при его взаимодействии с водой

 

ГЛАВА 8. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНОГО ТЕСТА И ЗАТВЕРДЕВШЕГО ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ

Седиментационные явления в тесте

Тепловыделение при взаимодействии цемента с водой

Набухание цементного теста

Изменения в содержании твердой фазы цементного теста и камня при твердении. Контракция и пористость

Структура цементного теста и камня

Формы связи воды в цементном тесте и камне

Щелочность жидкой фазы цементного камня и ее значение для защиты стали от коррозии

 

ГЛАВА 9. ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТОВ

Водопотребность и нормальная густота теста

Схватывание теста

Равномерность изменения объема

Активность и прочность портландцементов

Зависимость прочности цементов от их минерального состава, продолжительности твердения и дисперсности

Влияние температуры и добавок на скорость твердения портландцементов

Усадка и набухание цементного камня при изменении его влажности

Стойкость цементного камня при переменном увлажнении и высушивании

Трещиностойкость

Ползучесть цементного камня

 

ГЛАВА 10. СТОЙКОСТЬ ЦЕМЕНТОВ И БЕТОНОВ ПРОТИВ ДЕЙСТВИЯ ХИМИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ АГРЕССИВНЫХ ФАКТОРОВ. Химическая коррозия цементного камня

Агрессивное действие на цемент некоторых органических веществ и защита бетона

Физическая коррозия цементного камня

Морозостойкость

Жаростойкость и огнеупорность цементов

 

ГЛАВА 11. РАЗНОВИДНОСТИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТОВ

Быстротвердеющие портландцементы

Портландцементы с пластифицирующими и гидрофобизирующими добавками

Сульфатостойкие портландцементы

Белый и цветные портландцементы

Портландцементы для бетона дорожных и аэродромных покрытий

Портландцемент для производства асбестоцементных изделий

Портландцементы для строительных растворов и бетонов автоклавного твердения

 

ГЛАВА 12. АКТИВНЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ДОБАВКИ И ПУЦЦОЛАНОВЫЕ ЦЕМЕНТЫ. Активные минеральные добавки

Природные минеральные добавки

Искусственные кислые активные минеральные добавки

Пуццолановые цементы. Пуццолановый портландцемент

Свойства пуццоланового портландцемента

Равномерность изменения объема пуццоланового портландцемента

Усадка и набухание пуццоланового портландцемента

Прочность пуццоланового портландцемента

Воздухостойкость. Морозостойкость пуццоланового портландцемента

Известесодержащие вяжущие вещества

 

ГЛАВА 13. ШЛАКИ И ШЛАКОВЫЕ ЦЕМЕНТЫ

Доменные шлаки

Химический состав доменных шлаков

Минеральный состав и структура доменных шлаков

Гидравлические свойства доменных шлаков

Передельные шлаки черной металлургии

Электротермофосфорные гранулированные шлаки

Шлаковые цементы. Шлакопортландцемент

Области применения шлакопортландцемента

Сульфатно-шлаковый цемент

Известково-шлаковое вяжущее

Шлаковые вяжущие вещества для бетонов автоклавного твердения

Шлакощелочные вяжущие

Известково-белитовое (нефелиновое) вяжущее

 

ГЛАВА 14. ГЛИНОЗЕМИСТЫЙ ЦЕМЕНТ И ЕГО РАЗНОВИДНОСТИ. Состав глиноземистого цемента

Производство глиноземистого цемента

Твердение глиноземистого цемента

Свойства и области применение глиноземистого цемента

 

ГЛАВА 15. СМЕШАННЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА СО СПЕЦИАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ

Гипсоцементно-пуццолановые вяжущие вещества - ГЦПВ

 

ГЛАВА 16. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ С ДОБАВКАМИ ПОЛИМЕРНЫХ ВЕЩЕСТВ

 

ГЛАВА 17. КИСЛОТОУПОРНЫЙ КВАРЦЕВЫЙ ЦЕМЕНТ И ЖИДКОЕ СТЕКЛО




Rambler's Top100