Вся электронная библиотека >>>

Содержание книги >>>

 

Для студентов обучающихся по специальности «Производство строительных изделий и конструкций»

Минеральные вяжущие вещества


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника



 

ГЛАВА 7. ТВЕРДЕНИЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА И ЕГО СВОЙСТВА

Взаимодействие цемента с водой и химический состав новообразований

 

 

Взаимодействие портландцемента с водой приводит к образованию новых гидратиых веществ, обусловливающих схватывание и твердение теста, растворной или бетонной смеси. Состав ценообразований зависит от химического и минерального составов цементов, а также  от ряда других факторов и в первую очередь от температуры, при которой взаимодействуют компоненты.

Чтобы получить представление о взаимодействии портландцемента сложного состава с водой, целесообразно вначале рассмотреть реакции отдельных клинкерных компонентов с водой, а затем комплекс процессов, связанных с возникновением новых соединений в смеси цемента с водой.

Алит QS, присутствующий в клинкере в виде твердого раствора с небольшим количеством MgO, А12Оа, Cr20;5, ТЮ2 и др., при взаимодействии с водой дает гидросиликаты кальция разного состава в зависимости от температуры среды и концентрации гидроксида кальция в жидкой фазе. В начальной стадии его взаимодействия с водой образуется C3SH„ (первичный гидросиликат), который подвергается быстрому гидролизу с образованием соединений с меньшим отношением C/S (вторичные и третичные гидросиликаты).

Гидросиликаты кальция, образующиеся при обычной и повышенной (до 100°С) температуре, характеризуются очень слабой степенью кристаллизации и обозначаются, по X. Тейлору, общей формулой С—S—Н. В соответствии с их гелевидной структурой их называют также ге-левой фазой.

При обычных температурах и концентрациях Са (ОН)2 в жидкой фазе от 0,05 до 1—1,1 г/л (в расчете на СаО) дальнейшее взаимодействие C3S с водой приводит к образованию гидросиликатов кальция переменного состава (0,8—1,5)Ca0-SiO2-(1—2,5)Н20. Чем меньше концентрация СаО в окружающем водном растворе, тем меньше основность образующегося гидросиликата. Этот гидросиликат, по X. Тейлору, обозначают формулой С—S—Н (1), а по Р. Боггу,— CSH (В).

 

 

При концентрациях Са(ОН)2 в жидкой фазе, соответствующих полному насыщению и даже пересыщению, особенно при пониженных температурах, когда раствори-«мость гидроксида кальция возрастает (например, до 1,25 г/л СаО при 10 °С), C3S гидратируется с образованием метастабильного, но с более высокой степенью закристаллизованное™ гидросиликата кальция состава (1,5—2)CaO-Si02-«H2O. По X. Тейлору, он обозначается формулой С—S—Н (II), а по Р. Боггу,— C2SH2. Однако повышение температуры твердеющей смеси до 30— 50 °С, а также наличие в жидкой фазе щелочей, уменьшающих в ней концентрацию Са(ОН)2) способствуют образованию в цементном тесте преимущественно гидросиликата кальция состава 3CaO-2Si02-3H20(C3S2H3), относящегося, по X. Тейлору, к группе С—S—Н (I) или, по Р. Боггу, KCSH (В).

К этой группе примыкает отличающийся от них тоберморит 5CaO-6Si02-5H20, образующийся в определенных условиях при автоклавной обработке паром силикатов кальция и известково-кремнеземистых смесей. Тоберморит характеризуется хорошо оформленными кристаллами с базальными межплоскостными расстояниями 14; 11,3 и 9,4-Ю-4 мкм. Тоберморит 11,3-Ю-4 мкм можно получить нагреванием тоберморита 14- Ю-4 мкм до 60°С и выше. При нагревании до 300 °С образуется тоберморит 9,4-Ю-4 мкм.

Мы видим, что при этой реакции выделяется значительное количество гидроксида кальция.

C3S и C2S — соли ортокремниевой кислоты H4Si04, в которой радикал (Si04) является тетраэдром с атомом кремния в центре и атомами кислорода в его четырех вершинах. Связи атомов кремния и кислорода ssSi—О—Si= называются силоксановыми. Они являются ковалентнымн со значительной полярностью и характеризуются высокой устойчивостью. Радикалы (Si04)4~ отличаются способностью к конденсации (полимеризации) через атомы кислорода с образованием более сложных силикатных анионов (Si207)6~, полисиликатов со значительным числом кремний-кислородных тетраэдров. Полисиликаты представляются в виде одинарных и двойных цепочек, колец и комплексов других конфигураций. Усложнение анионов начинается вслед за гидратацией C3S и C2S и образованием гелевой фазы С—S—Н, в которой со временем обнаруживается смесь анионов разной степени конденсации. Так, К, Ленц в C3S, твердевшем в течение 2,7 лет, установил наличие как относительно простых анионов (моно-, ди- и триси-ликатов) в количестве до 35%, так и полисиликатов более 50 %

Атомы кремния в тетраэдрах могут замещаться атомами алюминия, причем получаются смешанные анионы с наличием в них алюминийзамещенных тетраэдров (АЮ4)5~. Отрицательными валентностями анионы связываются с катионами, в частности с ионами кальция, магния и др.

Гидросиликаты кальция группы CSH(B) [С—S—Н (I), по X. Тейлору] имеют слоистую кристаллическую структуру и могут содержать разное количество молекул Н20 (2,5; 1; 0,5). Вода эта размещается между слоями кристаллической решетки. Она может испаряться из межплоскостного пространства и вновь внедряться в него, что сопровождается уменьшением (усадкой) и увеличением (набуханием) кристаллической решетки. Кристаллы с 2—2,5 молекулами воды устойчивы при обычных и несколько повышенных температурах. Выдерживание же их при температуре около 100°С снижает содержание гидратной воды до 1, а при 250 °С—до 0,5 молекулы. При 450—550 °С наступает полное обезвоживание без перестройки кристаллической решетки, а при 700—800 °С образуется р-волластонит, при этом наблюдаются перестройка решетки и значительная усадка. Гидросиликаты кальция, обозначаемые, по X. Тейлору, С—S—Н (I) и C—S—Н (II) или, по Р. Боггу, CSH (В) и C2SH2, в связи со слабой закристаллизованиостью их частичек, как уже отмечалось, называют гелевой фазой или просто «гелем» с общим обозначением С—S—Н.

Гидросиликаты группы CSH (В) [G—S—Н (I)] образуются в виде тончайших лепестков толщиной 2— —3-Ю-3 мкм (два-три молекулярных слоя), шириной 40—55-10~2 мкм при средней длине около 1 мкм. Удельная поверхность частиц новообразований толщиной в два слоя теоретически достигает 376, а при толщине в три слоя —252 м2/г.

При этом, по многим данным, новообразования, особенно те, состав которых характеризуется повышенной основностью (отношение C/S более 1,3), имеют склонность свертываться в рулон, образуя как бы волокно с внутренней полостью. В ней размещаются молекулы воды, удерживаемые адсорбционными силами разной интенсивности в зависимости от места расположения: на внешних или внутренних поверхностях волокна. В условиях вакуума или при нагревании вода из этих полостей постепенно испаряется. С большим трудом удаляются те молекулы воды, которые входят в состав кристаллов и размещаются между слоями решетки. Как уже отмечалось, испарение воды, адсорбированной и находящейся в кристаллической решетке, сопровождается усадкой системы, увлажнение же сопровождается набуханием. Эти соединения разлагаются содержащейся в воздухе углекислотой.

Систематическая обработка гидросиликатов CSH (В) и C2SH2 водой приводит к их полному разложению с выщелачиванием Са(ОН)2, причем в твердой фазе в рыхлом виде остается водный кремнезем. Гидратация трех-кальциевого силиката при повышенных температурах (50—100 °С) приводит к образованию тех же гидросиликатов кальция типа CSH (В) и отчасти C2SH2 [или С—S—Н (I) и С—S—Н (II), по X. Тейлору]. Эти" же гидросиликаты при соответствующих концентрациях Са(ОН)2 в жидкой фазе образуются и при взаимодействии р-двухкальциевого силиката (белита) с водой. В этом случае параллельно с гелевидными гидросиликатами выделяется Са (ОН)2, но в значительно меньшем количестве, чем при гидратации C3S.

По исследованиям О. П. Мчедлова-Петросяна, на  36 (вверху) даны электронно-микроскопические снимки портландцементного теста, выполненные в разные сроки твердения (от 4 мин до 3 сут). На  36 (внизу) представлена схема роста пластической прочности теста и прочности при сжатии камня в те же сроки со схематическим изображением меняющейся во времени структуры. Тесто изготовлено при В/Ц = 0,25. Уже к 8—-12 ч наблюдается заполнение пространства между зернами цемента новообразованиями. Одновременно к 12—18 ч отмечается значительный рост пластической прочности теста (см. кривую), а к   3 сут — и    прочности    камня   до 50 МПа.

В последние десятилетия все большее значение приобретает тепловлажиостиая обработка бетонных изделий на основе цемента и извести в автоклавах при 174,5— 200 °С. Цементы и известь применяют при этом обычно в смеси с тонкомолотым кварцевым песком и другими дисперсными кремнеземистыми материалами [примерный состав смесей — вяжущее: песок — (70 : 30) — (50 : 50) % ]. В связи с этим целесообразно рассмотреть соединения, образующиеся при гидратации C3S и C2S чистых и в смеси с Si02 (в виде кварца) при 174,5—200 °С и соответствующем давлении насыщенного пара 0,9—1,2 МПа, применяемом на заводах.

Гидратация C3S при 175—200°С приводит к образованию смеси Са(ОН)2, C2SH2, C2SH (A) [(1,8—, —2,4)CaO-Si02-(1 —1,25)Н20] и трехкальциевого гидросиликата C3SHii5 с преимущественным содержанием того или иного гидросиликата в зависимости от температуры и длительности тепловлажностной обработки, а также от других факторов.

р-двухкальциевый силикат при температуре до 160 °С в процессе гидратации дает C2SH2, который при более высоких температурах переходит в C2SH (А), по X. Тейлору,— в С25а-гидрат.

В смесях C3S и C2S с кварцевым порошком указанных составов при тепловлажностиой обработке в течение 8—10 ч при 174,5—200°С образуется CSH (В), а при малых количествах песка — C2SH (А). Эти же соединения возникают и при паровой обработке в автоклавах смесей гидроксида кальция с другими кремнеземистыми материалами. Характерно, что при смесях с высоким содержанием СаО возникает QSa-гидр.ат, по X. Тейлору, [C2SH (А), по Р. Боггу], а с пониженными — С—S—Н (I) и С—S—Н (II)  [по Р. Боггу, CSH (В) и C2SH2].

Важно отметить, что образование низкоосновных гидросиликатов кальция приводит к повышенной прочности цементного камня. При возникновении же высокоосиов-ных соединений (С2Эа-гидрат) прочность значительно меньше.

Рядом исследований это явление предположительно объясняется степенью конденсации кремнийкислородных анионов. Повышенное содержание анионов с высокой степенью конденсации в единице объема цементного камня сопровождается обогащением системы при прочих равных условиях силоксановыми группами с прочными кова-лентными связями, создающими предпосылки к развитию высокой прочности.

В составе низкоосновных гидросиликатов кальция превалируют анионы с высокой степенью конденсации (полимеризации), что предопределяет повышенные их связующие свойства. Высокоосновные гидросиликаты содержат преимущественно относительно слабые кальций-кислородные ионные связи, которые не в состоянии полностью компенсировать убыль из системы ковалентных связей.

По данным немногих исследований, на скорость и степень конденсации, а также на конфигурацию кремний-кислородных анионов, а следовательно, на прочность и другие свойства цементного камня активно могут влиять некоторые добавки. Так, положительное влияние хлористого кальция находит объяснение в их воздействии, в частности, на степень конденсации анионов при взаимодействии C3S и C2S с водой.

Эти  явления  требуют   дальнейшего   обстоятельного изучения, в частности, с помощью молибдатиого, хрома-тографического и других методов для идентификации кремниевых кислот с разной степенью конденсации анионов в твердеющих цементах.

Гидросиликаты группы CSH (В) при повышенных .температурах (150—200°С) имеют вид пластинок толщиной до 10—20 мономолекулярных слоев, что обусловливает резкое уменьшение удельной поверхности новообразований по сравнению с поверхностью тех же фаз, но возникающих при обычных температурах в виде лепестков толщиной в два-три молекулярных слоя. В большой мере возрастает степень закристаллизованное™ новообразований, появляющихся при 174,5—200 °С и более.

Трехкальциевый алюминат С3А при гидратации в условиях обычных температур вначале дает метастабиль-ное гексагональное пластинчатое соединение ЗСаО* • А1203-(10—12)Н20. Однако предполагают, что вещество этого состава представляет собой смесь двухкальцие-вого и четырехкальциевого гидроалюминатов в эквимо-лярном отношении. Эта фаза при относительно низкой температуре и пониженной влажности среды теряет часть гидратной воды (до 10—8 Н20). Содержание ее при 105 °С снижается до 6—8 Н20. При концентрациях Са(ОН)2 в водной среде выше 1,08 г/л (а по другим данным, выше 0,9 г/л) по СаО указанная фаза постепенно переходит в 4СаО-А1203-13Н20. Четырехкальциевый гидроалгоминат может образовываться и с 19 Н20, но уже в среде с относительной влажностью около 80 % содержание гидратной воды снижается до 13 НоО, что сопровождается усадкой.

При температуре выше 25 °С гексагональная пластинчатая фаза СзАЫ]2 способна переходить в кубический ЗСаО-А1203-6Н20, устойчивый при 105°С и превращающийся в ЗСаО-А1оОз-1,5Н20 при 275°С и выше. ЗСаО-А1203-6Н20 при концентрациях СаО в растворе менее 0,25—0,35 г/л и при температуре около 20 °С разлагается с образованием Са(ОИ)2 и А1(ОН)3 (гиббеит). При тепловой обработке и автоклавах С3А переходит в ЗСаО.А1203-6Н20, устойчивый до 215°С.

По данным Ю. М. Бутта и Л. Н. Рашковича, при автоклавной обработке (174,5—200 °С) смесей трехкальци-евого алюмината с молотым кварцем (например, 1:1 по массе) или другими кремнеземистыми материалами образуются алюминийзамещенный тоберморит и гидрограиаты-с общей формулой 3GaO'Al203'#Si02* (б—2х)Н20.

Обычно х равен 0,3—0,5. У чистого С3А после такой автоклавной обработки прочность падает до нуля, а в смеси с кремнеземом становится высокой.

Трехкальциевый алюминат при наличии воды и сульфата кальция в виде двуводного гипса или других его модификаций, гидратируясь при обычных температурах, образует комплексные соединения, называемые гидро-сульфоалюминатами кальция.

Трехсульфатная форма гидросульфоалюмината кальция 3CaO-Al2O3-3CaSO4?(30—32) Н20 образуется в насыщенном водном растворе гидроксида кальция и гипса по схеме: 3CaO-Al203-l-3[CaS04-2H20]+25H90 = 3CaO-.Al203-3CaS04-31H20.

Встречающийся в природе минерал такого же состава называется эттрингитом.

При пониженных концентрациях Са(ОН)2 и сульфата кальция возникает преимущественно односульфатная форма 3CaO-Al203-CaS04-12Н20. Она часто образует твердый раствор с 4СаО-А1203-13Н20, который можно также представить формулой ЗСаО-А1203-Са(ОН)2-•12Н20. Трехсульфатная форма в водных растворах с содержанием оксида кальция меньше 0,027 г/л неустойчива. В пределах 70—110°С она вначале дегидратируется, пока количество воды не составит 8—10Н2О, а затем разлагается с образованием одиосульфатной формы и гипса.

Обе формы гидросульфоалюмината кальция разлагаются также и при автоклавной обработке (175—200 °С) с образованием С3АН6) полуводного гипса и ангидрита. Трехсульфатная форма разлагается растворами сульфата магния и щелочных карбонатов, но устойчива против действия растворов хлористых натрия и кальция. Истинная плотность трехсульфатной формы 1,73 г/см3 (при 25 °С), а одиосульфатной—1,95 г/см3 (при 20 °С). Первая образуется часто в виде игольчатых кристаллов, а вторая — в виде гексагональных пластинок.

Образование трехсульфатной формы гидросульфоалюмината кальция в затвердевших растворах и бетонах, изготовленных на основе портландцемента, сопровождается обычно сильными напряжениями и деформациями, приводящими к снижению прочности или даже к разрушению изделий и конструкций. Это объясняется тем, что при ее возникновении объем твердой фазы увеличивается более чем в 7,5 раза по сравнению с объемом исходного алюмината С3А.

Трехкальциевый алюминат при длительном взаимодействии в водной среде с силикатом кальция и особенно с активными формами кремнезема способен давать гидросиликоалюминаты кальция состава ЗСаО-А1203«: ••CaSi03-12H20 и 3CaO.Al203-3CaSi03-31H20.

Гидрокарбоалюминаты кальция ЗСаО-А1203-СаСОз< 2Н20 и ЗСаО-А1203-ЗСаСОз-31Н20 образуются под воздействием углекислоты воздуха, а также карбоната кальция на продукты гидратации портландцемента. Возможно также взаимодействие алюмината кальция в водной среде с хлористым кальцием с образованием гидро-хлоралюмината кальция ЗСаО-А1203-СаС12-10Н2О.

Все перечисленные комплексные соединения (силико-, карбо- и хлоралюмпнат) по структуре и составу подобны гидросульфоалюминатам кальция соответственно од» по- или.трехсульфатной формы. Они кристаллизуются в виде гексагональных пластинок, игл или сферолитов.

Алюмоферритная фаза, представленная в обыкновенных портлаидцементах четырехкальциевым алюмоферритом, соответствующим формуле 4СаО-А12Оз-Ре2Оз, взаимодействует с водой по реакции 4СаО-А12О3-Ре20з + +7Н20 = ЗСаО-А12Оз-6Н20 + СаО-Ре203-Н20. Но в водной среде со значительным содержанием Са(ОН)2 одно-кальциевый гидроферрит переходит в четырехкальцие-вый: CaO.Fe2O3.H2O-l-3Ca(OH)2+10H2O = 4CaO-Fe2O3. 13Н20.

Это соединение во многом подобно соответствующему алюминату кальция.

В целитовых и ферритовых цементах может присутствовать двухкальциевый феррит, который при гидратации дает двухкальциевый гидроферрит 2CaO-Feo03-H20. Это соединение в растворах Са(ОН)2 переходит в ЗСаО*Ре2Оз<6И20, а по некоторым данным — в 4СаО-.Fe203.13H20.

Следует подчеркнуть, что трех- и четырехкальциевые гидроалюминаты и гидроферриты тех же составов при одновременном образовании дают твердые растворы с общими формулами ЗСаО- (А1203, Fe2Os) -6Н20 и 4СаО-(А1203, Fe203)-13H20.

Гидроферриты кальция подобно гидроалюминатам кальция образуют комплексное соединение с гипсом, хлористым кальцием и др. В частности, известны гидросульфоферриты кальция 3CaO-Fe203-3CaS04-(30—32)Н20 и 3CaO-Fe2Q3-CaS04- 12H20. Обычно все эти комплексные алюминатные и ферритовые соединения с 30—32 молекулами воды при 70—110°С дегидратируются до тех пор, пока количество воды не снизится до 8—10 Н20, и затем разлагаются до односульфатыой формы.

По данным Ю. М. Бутта и Л. Н. Рашковича, притеп-ловлажностной обработке в автоклаве при 175—200 °С в течение 8—10 ч C4AF в смеси с кварцевым порошком энергично связывает кремнезем с образованием гидрогранатов ЗСаО- (А1203, Fe203) -*Si02- (6—2*)H2Q и алю-минийзамещенного гидросиликата типа CSH (В). Подобное явление наблюдается и при тепловлажностной обработке C2F. Автоклавная обработка этих минералов с кремнеземом даже в смесях 1 :1 не снижает высокую прочность образцов.

При взаимодействии стекла с водой обычно образуются твердые растворы С3АН6 и QFHs, а также гидрогранаты, особенно при температурах автоклавной обработки.

Свободный оксид кальция, присутствующий иногда в цементах в количестве до 1 %, при обычных температурах гидратируется относительно медленно. При повышенном содержании в клинкере (более 1 %) СаОСВоб может взаимодействовать с водой уже в затвердевшей массе, вызывая неравномерное изменение объема, сопровождающееся образованием трещин и подобных им дефектов.

Небольшое количество MgO в цементах входит в состав алита и стекла, а также присутствует в виде пери-клаза MgO, очень медленно взаимодействующего с водой с образованием Mg(OH)2. Гидратация свободного MgO, как и СаО, сопровождается значительным увеличением объема твердой фазы (по сравнению с исходным), что приводит к большим напряжениям в затвердевшем камне или бетоне.

Щелочи Na20~|-K20, содержащиеся преимущественно в алюминатах, алюмоферритах и стекле, при взаимодействии с водой растворяются в ней с образованием NaOH и КОН. В присутствии CaS04 щелочи реагируют с ним, образуя Na2S04 и Са(ОН)2. Щелочи натрия и калия, снижая концентрацию Са(ОН)2 в водной среде, косвенно влияют на состав возникающих гидросиликатов кальция. Обычно концентрация щелочей в водном растворе цементного теста не превышает 1 %.

Двуводный гипс, вводимый в портландцемент припомоле для регулирования сроков его схватывания и некоторых других свойств, переходит иногда в полугидрат или растворимый ангидрит, которые в присутствии воды образуют двугидрат. Гипс, содержащийся в цементе, смешанном с водой, принимает участие в сложных реакциях с силикатными, алюминатными и железистыми фазами клинкера с образованием описанных выше комплексных соединений.

Взаимодействие портландцемента с водой практически начинается немедленно с гидратации и гидролиза отдельных составляющих его минералов и фаз. В первую очередь реагирует с водой С3А с образованием смеси гидроалюминатов обшего состава C3AH10-i2, а затем  C4AF.

Несколько медленнее гидратируется и гидролизуется C3S, который способствует насыщению водной среды гид-роксидом кальция. Белит реагирует с водой резко замедленно. Одновременно проходят сложные вторичные реакции. При некоторых из них образуются трехсульфат-ные формы гидроеульфоалюмината и гидросульфофер-рита кальция. Появление этих соединений, по-видимому, в виде твердых растворов обусловливается высокой концентрацией Са(ОН)2 и CaSO-t в растворе. Гидросульфо-алюминаты общего состава С3(А, F)-3CaS04-(30—32) • •Н20 вследствие малой растворимости образуют твердую фазу из частичек высокой дисперсности, часто не различаемых в оптическом микроскопе. В дальнейшем вследствие уменьшения количества гипса в системе трехсуль-фатиая фаза постепенно переходит в одггосулъфатиуго с одновременным образованием сложных твердых растворов, включающих С3(А, F)-CaS04-12Н20 и C4(A,F)-•13И20. При доступе С02, содержащейся в воздухе, возможно образование СзА-CaCCV 12Н20.

Как уже отмечалось, при гидратации C3S и C2S вначале образуются C2SH2 и Са(ОН)2. В последующем C2SH2 переходит в 3CaO-2Si02-3H20 [группа CSH (В)].

При повышенных температурах твердения портландцемента до 100°С в основном образуются те же соединения, что и при обычных температурах.

При автоклавной обработке бетонов на смесях цемента с кремнеземистыми материалами образуются гидросиликаты кальция, по Р. Боггу, типа CSH (В) [по Х.Тейлору, С—S—Н (I)] с повышенной степенью закриетал-лизованности. Кроме того, в этих условиях алюминаты кальция и алюмофе.рритная фаза, взаимодействуя с кремнеземом, дают гидрогранаты

Сульфоалюминатыисульфоферриты в.автоклаве разлагаются с образованием гидрогранатов, полуводного гипса и ангидрита.

Обращает на себя внимание и то важное обстоятельство, что взаимодействие портландцемента с водой вначале приводит к возникновению соединений с повышенным содержанием в них гидратной воды, как 2СаО« • Si02.4H20, 3CaO-Al203-12H20, 3CaO-Al203-3CaS04v •31Н20 и др. Но с течением времени твердения последние постепенно начинают разлагаться и переходить в менее обводненные гидраты и, в частности, в C3S2H3, С3АИб, а эттрннгит преобразовывается в односульфатную форму 3CaO-Al203-CaS04-12H20. Таким образом идет процесс обратного перехода воды из твердой фазы в жидкую, сопровождаемого новым перераспределением ее между новообразованиями с поглощением при этом теплоты и изменением абсолютных объемов фаз.

Твердение цемента при повышенных температурах также приводит к образованию гидратов с пониженным содержанием воды в отдельных соединениях, что увеличивает пористость микроструктур цементного камня.

При взаимодействии портландцемента с водой при обычных и повышенных температурах (до 100 °С) новообразования (особенно гидросиликаты кальция) возникают в виде чрезвычайно дисперсных полукристаллических частичек. Относятся они к гелевидным фазам. Их можно обнаружить лишь с помощью реитгеноструктур-ного анализа и электронного микроскопа. В оптическом микроскопе они неразличимы. Лишь кристаллы гидроксида кальция и гидросульфоалюмината кальция при твердении цемента достигают значительных размеров (более 0,5 мкм), становясь видимыми в обыкновенном микроскопе. Автоклавная обработка, особенно длительная по времени и при повышенных температурах, способствует резкому увеличению размеров частичек новообразований. Такие частички становятся различимыми в оптическом микроскопе.

По данным Р. Хедина, при гидратации клинкерных минералов и их смесей образуются вещества со структурой частичек следующих пяти основных типов: призматические или игольчатые кристаллы; гексагональные пластинки; кристаллы, образующие гранулы; деформированные пластинки, таблетки или чешуйки; аморфные массы.

В свою очередь, первый тип включает три группы призматических и игольчатых кристаллов. Так, QjSHU, образующийся при гидратации силиката кальция в концентрированных растворах гидроксида кальция, имеет форму мелких иглообразных кристаллов. Иглы ветвятся, образуя дендритообразную структуру и создавая постепенно плотную оболочку вокруг исходных частичек вяжущего. С утолщением оболочек частички объединяются в непрерывную высокопрочную структуру. Таким образом, C2SHn способствует достижению высокой прочности твердеющей системы.

Представителем второй группы призматических кристаллов первого типа является эттриигит, образующийся из алюминатов кальция при высоких концентрациях в окружающей водной среде гидроксида кальция и гипса. При большом содержании в растворе алюминатов он возникает в виде коротких игл, не склонных к образованию дендритных структур и плотных оболочек вокруг зерен. Поэтому образование эттрингита не приводит к упрочнению системы. В случае медленной кристаллизации эттрингита из слабоконцентрированных растворов образуются длинные призматические кристаллы, растущие от поверхности частиц вяжущих, создавая между ними перемычки и отталкивая их друг от друга. Это приводит к разрыхлению и разрушению структуры.

В качестве представителя третьей группы первого типа может явиться десятиводный одиокальциевый алюминат СаО • А1203 • 10Н2О — основной минерал глиноземистого цемента. Кристаллы САНю, образующиеся при взаимодействии СА с водой, дают ветвящиеся дендриты и объединяются в устойчивые структуры вокруг частичек цемента, что приводит к хорошей связи между ними и высокой прочности, в частности, глиноземистого цемента.

Ко второму типу относятся гексагональные пластинки, возникающие при гидратации большинства гидроалюминатов и гидроферритов кальция, а также при образовании моносульфоалюмината и гидроксида кальция. Частички этих гидратов могут существенно различаться по размерам и внешнему виду. Они часто возникают в виде отдельных кристаллов и, не обладая взаимной когезией, не оказывают существенного влияния на прочность; В некоторых случаях пластинки могут сливаться  по базальным поверхностям, образуя плотные массы и способствуя значительному увеличению прочности твердеющей системы.

Третий тип —кристаллы, образующие зерна,—в. частности, гидраты кубической формы Сз(А, F)H6. Отдельные скопления частичек этих гидратов не срастаются друг с другом и не увеличивают прочность.

К четвертому типу веществ, образующих деформированные пластинки, диски или чешуйки, можно отнести низкоосновный гидросиликат кальция. Его пластинки при гидратации вяжущего постепенно заполняют пространство можду частичками последнего, что способствует развитию прочности, особенно в условиях автоклавного твердения.

Пятый тип гидратов, образующихся в виде гелевид-ных масс: А1(ОН)3 и Fe(OH)3. Прочность их низкая, но полностью заполняя промежутки в твердеющей системе, они повышают ее прочность.

В целом же развитие структур высокой прочности обеспечивается теми ги-дратными новообразованиями, частички которых кристаллизуются в формах, имеющих тенденцию к образованию прочных связей с соседними частицами и, следовательно, к образованию непрерывной структуры в твердеющей системе.

 

К содержанию книги: "Минеральные вяжущие вещества"

 

Смотрите также:

 

ВЯЖУЩИЕ. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ

ВОЗДУШНЫЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

 

Вяжущие материалы и заполнители

Глина   Известь   Цементы   Гипс   Заполнители

 

Строительные материалы для строительства дома

Вяжущие материалы

Черные вяжущие материалы

 

ИСКУССТВЕННЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ  НЕОРГАНИЧЕСКИХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ

ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ ИЗВЕСТИ

МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ НА МАГНЕЗИАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ

 

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА

 

Минеральные вяжущие вещества

Искусственные каменные материалы на основе минеральных вяжущих веществ

 Битумные и вяжущие вещества

 

Исходные материалы

Минеральные вяжущие вещества

 

Бетоны

КОМПОНЕНТЫ БЕТОНА И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ (ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА, ЗАПОЛНИТЕЛИ, ДОБАВКИ И ПР.)

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ И ШЛАКОПОРТЛАНДЦЕМЕНТ (ГОСТ 10178)

Быстротвердеющий портландцемент

Сверхбыстротвердеющие цементы (СБТЦ). ВНВ

ГИДРО-SI

Расширяющиеся цементы (РЦ)

Напрягающийся цемент

Портландцемент с пластифицирующими и гидрофобизирующими добавками

Тонкомолотый многокомпонентный цемент (ТМЦ)

ЭМАКО МАКФЛОУ

ГЛИНОЗЕМИСТЫЕ И ВЫСОКОГЛИНОЗЕМИСТЫЕ ЦЕМЕНТЫ (ГОСТ 969)

БЕЛЫЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЫ (ГОСТ 965)

Супербелый датский портландцемент

Цветной портландцемент (ГОСТ 15825)

СУЛЬФАТОСТОЙКИЕ ЦЕМЕНТЫ (ГОСТ 22266)

Суперсульфатостойкие цементы

Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками ССПЦ 400 Д20

ТАМПОНАЖНЫЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТЫ (ГОСТ 1581)

ЦЕМЕНТ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ (ГОСТ 25328)

Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент

ЗАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ БЕТОНА

Добавки в бетонные смеси

Минеральные порошки-заменители цемента (активные минеральные добавки и наполнители)

Суперпластификаторы

Методы выдерживания бетона на морозе

Биоциды

Комплексные добавки

Добавки в бетонные смеси. Добавки пластифицирующего действия

Регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение бетонов

Регулирующие пористость бетонной смеси и бетона

Придающие бетону специальные свойства

Полифункционального действия

Комплексные добавки-модификаторы

Армирующая фибра

Добавки для бетона





Rambler's Top100