Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Теория твердения
|
|
Теория твердения ПЦ развивается на базе основополагающих работ Ле-Шателье, Михаэлиса, А.А. Байкова, Ребиндера и других.
Цементное тесло, приготовленное путем смешивания цемента с водой имеет три периода твердения. В начале, в течение 1-3 ч после затворения цемента водой, оно пластично и легко формуется. Потом наступает схватывание, заканчивающееся через 5-10 ч после затворения, в это время цементное тесто загустевает, утрачивает подвижность, но его механическая прочность невелика. Переход загустевшего цементного теста в твердое состояние означает конец схватывания и начало твердения, которое характерно заметным возрастанием прочности. Твердение бетона при благоприятных условиях длится годами.
Химические реакции. Сразу после затворения цемента водой начинаются химические реакции. Уже в начальной стадии процесса гидратации происходит быстрое взаимодействие алита с водой с образованием гидросиликата кальция и его гидроксида.
2(3CaO SiO2) + 6H2O → 3CaO 2SiO2 3H2O + 3Ca(OH)2
После затворения Са(ОН)2 образуется из алита, т.к. белит гидратируется значительно медленнее алита с образованием значительно меньшего количества Са(ОН)2.
2(2CaO SiO2) + 4H2O → 3CaO 2SiO2 3H2O + Ca(OH)2
Гидросиликат кальция 3CaO 2SiO2 3H2O образуется при полной гидратации чистого C3S в равновесии с насыщенным раствором Са(ОН)2. Молярное соотношение между СаО/SiO2 в гидросиликатах, образующихся в цементном тесте, может изменяться в зависимости от состава, условий твердения и других обстоятельств. Поэтому применяется термин СSH для всех полукристаллических и аморфных гидросиликатов.
Основной алюмосодержащей фазой в ПЦ является 3CaO Al2O3. Он представляет и самую активную фазу среди клинкерных минералов. Немедленно после соприкосновения с водой С3А на поверхности непрореагировавших частиц образуется рыхлый слой метастабильных (неустойчивых) гидратов – 4CaO Al2O3 19H2O и 2CaO Al2O3 8H2O.
Стабильная форма – шестиводный гидроалюминат, кристаллизуется в кубической форме, образуется в результате быстро протекающей реакции:
3CaO Al2O3 + 6H2O → 3CaO Al2O3 6H2O.
Для замедления схватывания при помоле добавляют небольшое количество гипса (3-5% от массы цемента). Сульфат кальция играет роль химической активной составляющей цемента, реагирующей с 3CaO Al2O3 и связывающей его в гидросульфоалюминат кальция – эттрингит в начале гидратации ПЦ.
3CaO Al2O3 + 3CaSO4 2H2O + 26H2O → 3CaO Al2O3 3CaSO4 32 H2O.
В насыщенной растворе Са(ОН)2 эттрингит сначала выделяется в коллоидном тонкодисперсном состоянии, осаждаясь на поверхности частиц С3А, замедляет их гидратацию и оттягивает начало схватывания цемента. Кристаллизация Са(ОН)2 из пересыщенного раствора понижает концентрацию Са(ОН)2 в растворе, и эттрингит образуется уже в виде длинных иглоподобных кристаллов. Кристаллы эттрингита и обуславливают раннюю прочность затвердевшего цементного камня. Эттрингит, содержащий 31-32 молекулы кристаллизационной воды, занимает примерно вдвое больший объем по сравнению с суммой объемов реагирующих веществ, заполняя поры цементного камня, эттрингит повышает его механическую прочность и стойкость. Структура затвердевшего цементного камня улучшается еще и потому, что предотвращается образование в нем слабых мест в виде рыхлых гидросиликатов кальция. Эттрингит взаимодействует с С3А, оставшимся после израсходования добавки гипса, с образованием моносульфата кальция.
2(3CaOAl2O3) + 3CaO Al2O3 3CaSO4 32H2O+ 22H2O → 3(3CaO Al2O3 CaSO4 18H2O).
В результате введения в ПЦ сульфата кальция гидроалюминаты кальция заменяются гидросульфоалюминатом.
C4AF при взаимодействии с водой расщепляется на гидроалюминат и гидроферрит.
4CaO Al2O3 Fe2O3 + mH2O → 3CaO Al2O3 6H2O + CaO Fe2O3 nH2O.
Гидроалюминат связывается добавкой гипса, как указано выше, а гидроферрит входит в состав цементного камня.
|
|