Гидратация и твердение цемента

Гидратация и твердение цемента. В результате взаимодействия минералов, содержащихся в цементе, с водой образуются новые  соединения — гидраты.  

Состав образуемых при реакции гидросиликатов зависит от температуры и концентрации гидроксида кальция.

Трехкальциевый алюминат СзА в присутствии гипса, содержащегося в цементе, и воды образует гидросульфоалюминат кальция (эттрингит), замедляющий процесс схватывания цементного теста:

При гидратации C4AF наряду с гидросульфоалюминатом образуется и гидросульфоферрит кальция или твердый раствор этих двух соединений. Химические реакции начинают протекать сразу после смешивания цемента с водой. Компоненты цемента растворяются, и уже через несколько минут образуется раствор, заполняющий пространство между зернами, пересыщенный по отношению к гидроксиду кальция, выделяющемуся при гидроли-1с алита. Первыми гидратными новообразованиями являются эттрингит и гидроксид кальция. Затем образуются очень мелкие кристаллы гидросиликатов кальция.

Механизм твердения цемента очень сложен. В соответствии с современными представлениями, развитыми под руководством акад. II. А. Ребиндера, из пересыщенного раствора новообразования кристаллизуются в два этапа. В течение первого происходит формирование каркаса с возникновением контактов срастания между кристаллами новообразований. При этом возможен также рост срастающихся между собой кристаллов. В течение второго этапа новые контакты не возникают, а происходит юлько обрастание уже имеющегося каркаса, т. е. рост составляющих его кристаллов. В результате повышается прочность цементного камня, однако могут возникнуть и внутренние растягивающие напряжения. Решающую роль играет пересыщение раствора. При малом пересыщении количество кристаллов невелико, они не срастаются. Для наибольшей прочности искусственного камня необходимы оптимальные условия гидратации, обеспечивающие возникновение новообразований достаточной величины при минимальных напряжениях.

Второе направление в теории твердения цементов основано работами акад. А. А. Байкова, в соответствии с которыми можно выделить три периода твердения: растворение вяжущего в воде до образования насыщенного раствора; прямое (без растворения) присоединение воды к цементу и возникновение коллоидных гидратов; перекристаллизация коллоидных частиц в более крупные и повышение прочности.

Твердение портландцемента в значительной мере зависит от температурно-влажностных условий. Так, понижение температуры от 20 до 5° С замедляет твердение в 2—3 раза, а повышение до 80° С увеличивает скорость гидратации в 6 раз. При температуре ниже—10°С гидратация цемента практически прекращается.

Нормальное протекание процессов твердения возможно лишь при достаточной влажности среды, повышение температуры не должно сопровождаться высушиванием. Ускорение физико-химических процессов твердения портландцемента при тепловой обработке (пропаривании, электропрогреве и пр.) позволяет получать в короткий срок бетонные и железобетонные изделия с необходимой отпускной прочностью.