Компания «Спектрум»

[ реферат ]

Строительные материалы 1960 [ документ ]

Рыбная промышленность [ курсовая работа ]

Бяков В.М., Ничипоров Ф.Г. Внутритрековые химические процессы [ документ ]

Интенсификация процессов твердения силикатных материалов [ документ ]

Белов В.В. Конспект лекций по курсу Вяжущие вещества [ документ ]

Базилевич С.В. Вегман Е.Ф. Агломерация [ документ ]

Бетон и железобетон 1972 [ документ ]

Биохимические и физико-химические процессы при производстве кисломолочных продуктов [ реферат ]

Физико-химические процессы в техносфере [ реферат ]

Ответы на вопросы по грузоведению [ документ ]

Гинзбург С.И., Езерская Н.А. и др. Аналитическая химия платиновых металлов [ документ ]

лекции по ФХПТИКЦК.DOC

^

3 Гидратация цементов как химический процесс. Фазовый состав продукции твердения

При гидратации алита протекает реакция, которая в общем виде может быть записана следующим образом:

3 CаOSiO 2 (3-x)H 2 O = (З-x) Ca(OH) 2 x СаОySiO 2 OmH 2 O.

Значения коэффициентов x, y, m меняются в зависимости от внешних условий протекании реакций гидратации, главным образом от температуры.

Из приведенного уравнения видно, что гидратация сопровождается гидролизом с выделением гидрооксида кальция и гидросиликата кальция.. В соответствующих условиях х может быть равен нулю, т.е. гидролиз идет до конца и продуктами гидратации трехкальциевого силиката явлеются гидрооксид кремния и гидрооксид кальция. Когда х=3 гидратация трехкальциевого силиката протекает без гидролиза. Полный гидролиз может произойти если вода для гидратации непрерывно обновляется.

Гидратация белита протекает по аналогичной схеме с образованием гидросиликатов того же состава:

2 CаOSiO 2 (2-x)H 2 O = (2-x)Ca(OH) 2 xСаОySiO 2 OmH 2 O.

При нормальной температуре продуктом гидратации алита и белита является один и тот же гидросиликат, обозначаемый СSН(П) или С 2 SН 2 . Кроме гидросиликата в достаточно большом количестве образуется кристаллический Са(OН) 2 , причем при гидратации алита его образуется значительно больше, чем при гидратации белита. При повышении температуры до 100-110°С образуется тот же гидросиликат СSН(П), но с более высоким содержанием оксида кальция. При 70-80°С основность (отношение числа молей CaO к SiO 2) гидросиликатов достигает предельного значения, равного 2. Гидросиликат CSH(П) - первая гидросиликатная фаза, образующаяся при более высоких температурах. Затем он превращается в гидросиликат -  - гидрат C 2 S. Температурный интервал устойчивости этого гидросиликата - I25 -175°С. При более высоких температурах он переходит в гидросиликат  - гидрат С 2 S. Размеры гидросиликатов, образующихся при повышенных температурах, более крупные, чем размеры кристаллов, образующихся при низких температурах.

Таким образом, при гидратации силикатных клинкерных минералов образуется, главным образом, высокоосновные гидросиликаты кальция, имеющие мольное отношение Cao/SiO 2 более 1,5. Однако эти гидросиликаты обладают большей растворимостью и высокой константой скорости растворения, поэтому в плане обеспечения долговечности крепи скважины они не являются оптимальными.

При повышенных температурах растворимость кремнеземистых компонентов возрастает, и растворенныйSiO 2 связывает гидрооксид кальция с образованием, гидросиликатов пониженной основности. Уменьшение содержания свободного гидрооксида кальция в растворе также способствует снижению основности. Уменьшение содержания свободного гидрооксида кальция в растворе также способствует снижению основности продуктов твердения и повышению их долговечности и прочности. Поэтому для крепления интервалов с высокими температурами требуется введение в состав тампонажных портландцементов кремнеземсодержащих материалов, шлаков, золы, молотого песка и т.д.

Согласно схемы, предложенной Я. Скальни и Дж. Янгом, механизм гидратации трехкальциевого силиката представляется следующим образом: C 2 S реагируют c водой сразу же при контактировании. Во время: индукционного периода происходит обмен ионов между раствором и твердым непрогидратированным веществом, способствуя автокаталитическому увеличению скорости реакции. При этом большое количество продуктов гидратации с низкой плотностью и увеличенным объемом по сравнению с негидратированной фазой осаждается на покрытую водой поверхность минерала. Это обусловливает общее увеличение пористости, системы, что, в свою очередь, снижает перенос ионов на поверхность раздела между твердым веществом и жидкостью, замедляя процесс гидратации. Этот период рассматривается как контролируемая диффузией стадия гидратации.

Механизм гидратации  - С 2 S аналогичен и отличается в уменьшении степени пересыщения раствора ионами Са 2 относительно Са(ОН) 2 и низкой экзотермией процесса гидратации.

Общий состав и морфология С - S - Н, формирующихся из  - С 2 S и C 3 S оказываются сходными. Низкая степень насыщения раствора гидрооксидом кальция при гидратации  - С 2 S обуславливает формирование более крупных кристаллов Са(ОН) 2 по сравнении с кристаллами, образующимися при гидратации C 3 S.

Гидратация трехкальциевого алюмината С 3 А.

Состав продуктов гидратации алюминатных составляющих цемента зависит от температуры окружающей среды. При нормальной температуре взаимодействие с водой трехкальциевого алюмината происходит по схеме:

В реакцию вступает гидрооксид кальция, выделяющийся при гидратации силикатных минералов. При повышенных температурах (более 50 - 60°С) основным продуктом гидратации является шестиводный гидроалюминат:

При пониженных температурах (ниже 10 С) при гидратации алюминатов предпочтительно образование низкоосновных гидроалюминатов

Гидратация алюмоферритной фазы. При температуре ниже 20С гидратация алюмоферритов кальция сопровождается образованием гидрата четырехкальциевого алюмоферрита кальция .

При температурах свыше 20 С данный кристаллогидрат превращается в кубический,

А при температурах выше 50°С только в кубический. Присутствующий в растворе гидрооксид кальция замедляет переход гексагональной формы кристаллогидрата в кубическую.

Реакции взаимодействия алюмоферритов кальция различного состава выражаются следующим образом:

При температуре до 50 0 С:

При температуре свыше 50 0 С

При взаимодействии с водой полиминеральных цементов, содержащих силикаты, алюминаты и ферриты кальция, образуются твердые растворы гидроалюмоферритов и алюможелезистых гранатов по сложной системе:

В этих твердых растворах одна молекулаSiO 2 замещается двумя молекулами Н 2 О и поэтому растворы называются гидрогранатами. Гидрогранаты повышают долговечность тампонажного камня, т. к. имеют большую стойкость ко многим видам пластовых вод.

Кроме указанных минералов портландцемент содержит в своем составе сульфат кальция в виде гипса, вводимого для замедления скорости схватывания цементного теста. Механизм замедления представляется следующим образом.

Продукт гидратации алюмината и алюмоферрита кальция - шестиводный гидроалюминат кальция в присутствии гипса образует гидросульфоалюминат кальция трехсульфатной формы по реакции:

Это соединение называется эттрингитом и для него характерно сильное приращение объема и высокая удельная поверхность. Быстрообразующийся эттрингит покрывает зерна клинкерных минералов, затрудняя к ним доступ воды. Процесс гидратации замедляется. После того, как весь гипс расходуется на химическую реакцию и концентрация ионов

в растворе понижается эттрингит становится термодинамически неустойчивым и переходит в моносульфатную форму гидросульфоалюмината кальция. Доступ воды к минералам клинкера открывается и процесс гидратации интенсифицируется.

Ферритные составляющие в присутствии гипса образуют гидросульфоферриты моно- и трехсульфатной формы, аналогичные гидросульфоалюминатам кальция.

При высоких температурах (выше 50°С) высокосульфатные формы указанных соединений переходят в моносульфатные, которые, в свою очередь, при температурах выше 100°С разлагаются с выделением гипса и гидрогранатов.

Изложенные ранее материалы позволяют заключить, что процесс гидратации, является частным случаем сольвации и представляет собой процесс взаимодействия веществ с водой, при котором молекулы воды присоединяются к веществу, не разрушаясь.

Образующиеся соединения определенного состава в этом случае называются кристаллогидратами. Гидратация вызвана в основном донорно - акцепторным, диполь - дипольным, ион - дипольным взаимодействием между частицами, а также образованием водородных связей.

В процессе гидратации происходит выделение тепла - теплота гидратации. Она вызвана смачиванием и реакцией.

В составе кристаллогидратов молекулы воды входят в виде индивидуальных частиц и поэтому в химических формулах воду обычно пишут отдельно, например, , и т.д.

Известные кристаллогидраты подразделяются на кристаллогидраты определенного состава и неопределенного. Во-первых на одну молекулу вещества приходится определенное количество молекул воды. Для вторых характерно неопределенное число молекул воды, приходящихся на одну молекулу вещества, изменяющихся в зависимости от температуры, давления водяных паров в пространстве, концентрации растворенного вещества и т.д. Вода, находящаяся в составе кристаллогидратов, называется кристаллизационной. Она располагается в определенном порядке. Вода, заполняющая пустоты и пространства кристалла и удерживаемая им электрическими силами называется цеолитной. Ее удаление сопровождается разрушением кристалла. Вода, пошедшая на образование гидрооксидов называется конституционной. При их образовании происходит разложение молекул воды.

При затворении портландцемента водой происходят реакции, обусловливающие твердение цементного теста. В присутствии воды силикаты и алюминаты, перечисленные в табл. 1.1, образуют продукты гидратации, которые постепенно затвердевают и превращаются в цементный камень.

При взаимодействии составляющих цемента с водой идут два процесса. Прежде всего происходит непосредственное присоединение молекул воды, или истинная гидратация. Второй процесс характерен взаимодействием минералов цемента с водой с их разложением - гидролиз.

Обычно применяют термин «гидратация» ко всем типам реакций цемента с водой, т. е. как к истинной гидратации, так и к гидролизу.

Ле Шателье около 80 лет назад впервые установил, что при одинаковых условиях продукты гидратации цемента имеют тот же химический состав, что и продукты гидратации его отдельных составляющих. Позже это было подтверждено Стейнором, а также Боггом и Лерчем, хотя и с оговоркой, что продукты реакции могут воздействовать друг на на друга или даже взаимодействовать друг с другом в системе. Силикаты кальция - основные составляющие цемента, поэтому физические свойства цемента во время гидратации определяются поведением каждого из этих составляющих в отдельности.

Продукты гидратации цемента характеризуются низкой растворимостью в воде, о чем свидетельствует высокая водостойкость цементного камня. Гидратированные новообразования цемента прочно связываются с непрореагировавшим цементом, однако механизм этой связи пока не ясен. Возможно, что гидратные новообразования создают оболочку, которая растет изнутри под воздействием воды, проникающей через эту оболочку. Или возможно, что растворенные силикаты проникают через оболочку и осаждаются на ней в виде внешнего слоя. И третья возможность: образование и осаждение коллоидного раствора во всей массе после того, как достигнуто насыщение, дальнейшая гидратация продолжается внутри этой структуры.

Каким бы ни был способ осаждения продуктов гидратации, скорость гидратации непрерывно уменьшается, так что даже после длительного времени остается заметное количество негидратированного цемента. Так, например, через 28 суток после затворения водой зерна цемента прогидратировали только на глубину 4ц,. Пауэре подсчитал, что полная гидратация при нормальных условиях возможна только для цементных зерен размером менее 50|л, но при непрерывном размельчении цемента в воде полная гидратация была получена в течение 5 суток.

Микроскопическое исследование гидратированного цемента не подтверждает прохождения воды в глубь зерен цемента и выборочной гидратации наиболее реакционно способных составляющих (например, C3S), которые могут находиться в центре зерна. Поэтому представляется, что гидратация развивается вследствие постепенного уменьшения размеров цементных зерен. Действительно, было обнаружено, что в возрасте нескольких месяцев негидратированные зерна цемента грубого помола содержат как C3S, так и C2S и, возможно, что мелкие частицы C2S гидратируются раньше, чем завершается гидратация крупных частиц C3S.

Различные составляющие цемента обычно присутствуют во всех его зернах, и исследования показали, что оставшиеся зерна цемента после определенного периода гидратации имеют тот же относительный минералогический состав, что и целое зерно до гидратации. В течение первых 24 ч может все же происходить избирательная гидратация.

Основными гидратами являются гидросиликаты кальция и трех-кальциевый гидроалюминат. Полагают, что C4AF гидратируется с образованием трехкальциевого гидроалюмината и аморфной фазы, возможно CaO-Fe2O3-aq. Возможно также, что некоторое количество Fe2O3 присутствует в твердом растворе гидроалюмината кальция1.

Степень гидратации цемента может быть определена различными способами посредством измерения: количества Са (ОН)2 в тесте; тепловыделения при гидратации; удельного веса теста; количества химически связанной воды; количества негидратированного цемента (с помощью рентгеноструктурного анализа), а также косвенного по прочности цементного камня.

Термин гидратация цемента означает процесс, при котором происходит твердение (увеличивается прочность) раствора вследствие его взаимодействия с влагой.

Гидратация цемента – процесс, при котором происходит твердение раствора вследствие его взаимодействия с влагой.

Принято считать, что данный процесс продолжается минимум на протяжении первых 14 дней после приготовления. Если в указанный промежуток времени происходит замерзание или же высыхание влаги, то гидратация прекращается.

Любой человек знает, что при взаимодействии цемента с водой, через некоторое время он превращается в цементный камень, но мало кто задумывается над тем, почему это происходит и как можно контролировать указанный процесс, который называется гидратация цемента.

Ученые постоянно изучают процессы гидратации цемента и благодаря этому создаются специальные добавки, которые помогают контролировать сроки схватывания цемента. На сегодняшний день есть возможность контролировать начало и конец схватывания раствора, что позволяет улучшить такие показатели бетона как водонепроницаемость, морозостойкость, коррозийную выносливость и другие.

Для получения качественного гидратированного цемента с потерей влаги необходимо бороться. В зависимости от погодных условий существуют разные методы сохранения влаги в растворе. Если погода жаркая, то рекомендуется накрывать уложенный бетон полиэтиленовой пленкой, а также необходимо поливать его водой, делается это на протяжении первых 5 дней.

Замерзание цемента может быть не только в зимний период, но и в осенне-весенний. Чтобы этого не происходило, необходимо проводить либо обогрев, либо использовать строительную химию, тогда схватывание будет происходить постепенно и бетон получится высокого качества.

Время затвердевания цементного раствора

Применение противоморозных добавок позволяет работать и при отрицательной температуре.

1. Применение противоморозных добавок, в таком случае можно проводить работы и при наличии отрицательных температур. Только после того как настанет потепление, начнется застывание цемента, но в этом случае, использовать конструкцию можно только после полной гидратации цемента.
2. Применение электроподогрева также позволяет защитить от замерзания воды, но недостатком указанного способа является то, что требуется доставка и монтаж дополнительного оборудования, а также возникают дополнительные расходы на потребляемую им энергию.

Если на протяжении суток возникают перепады температуры, то для периодического обогрева можно использовать тепловую пушку, источником тепла в ней может быть газ, дизельное топливо или электричество.

Этапы затвердевания раствора

На первой стадии затвердевания раствора происходит схватывание цемента, это длится на протяжении первых суток.

На первой стадии происходит схватывание цемента, это длится достаточно быстро, на протяжении первых суток. Время застывания цемента зависит от температуры окружающего воздуха. Если температура воздуха порядка 20С, то данный процесс начинается приблизительно через два часа и длится около часа. Если же температура воздуха около 0С, то он начинается только через 6-8 часов и может длиться до 20 часов. Использование специальных добавок может как ускорить, так и замедлить данный процесс.

Чтобы началось схватывание приготовленного раствора, он должен быть неподвижным. Если проводить его постоянное перемешивание, то эта процедура оттягивает начало схватывания. Именно на этом принципе и работают все бетоносмесители, что позволяет на протяжении некоторого периода времени сохранять свойства раствора. Процесс перемешивания в смесителе может происходить на протяжении нескольких часов, бывают случаи, что миксеры перемешивают содержимое до 10-12 часов, при этом затвердевание цемента не происходит. Если указанный период затягивается, то начинает снижаться качества бетона, особенно это ощущается в летний период, когда благодаря высоким температурам застывание смеси значительно ускоряется.

На второй стадии происходит твердение цемента. Принято считать, что данный процесс заканчивается через 28 дней, но это время, за которое определенная марка бетона приобретает заявленные для нее свойства. Если говорить конкретнее, то стадия твердения может длиться долго и растянуться на годы. Процесс приобретения раствором прочности происходит неравномерно, в первый дни и недели он более динамичен, затем постепенно замедляется.

Механизм гидратации индивидуальных составляющих цемента и самого цемента является предметом серьезных дискуссий и разногласий. В своей ранней теории Ле-Шателье представил гидратацию цемента через растворение безводных соединений, за которым следовало сцепление и осаждение кристаллов гидратированных соединений. Михаэлис считал, что когезия является результатом образования и последующего высушивания геля. В последнее время получило развитие представление о топохимическом или твердофазовом механизме. Несмотря на большое число работ в этой области, все еще остается неясным представление о механизме гидратации C 3 S - главной фазы цемента. Для его объяснения предлагается принять в расчет некоторые стадии, через которые проходит процесс гидратации. Можно отметить пять стадий на термокинетической кривой калориметрии в изотермических условиях (рис. 1).

На первой стадии, как только C 3 S вступает в контакт с водой, наблюдается сначала скачок скорости тепловыделения, а затем ее падение в течение 15-20 мин. Эта стадия называется прединдукционным периодом. На второй стадии скорость реакции очень низка. Это - индукционный период. Он может длиться в течение нескольких часов.

Рис. 1. Термокинетические кривые (изменение скорости тепловыделения v во времени) для процессов гидратации C 3 S (1) и портландцемента (2)

В это время цементное тесто сохраняет свою пластичность и удобоукладываемость. Предполагают, что первые две стадии, на которые удается воздействовать с помощью добавок, оказывают влияние на последующую гидратацию C 3 S. На третьей стадии реакция протекает активно, с самоускорением, достигая максимальной скорости к концу этой стадии. Время, отвечающее началу схватывания, приблизительно совпадает с тем временем, когда скорость реакции начинает сильно возрастать, а время до конца схватывания-с временем завершения третьей стадии. На четвертой стадии скорость тепловыделения C 3 S постепенно уменьшается. Продолжается гидратация C 3 S. На последней - пятой стадии образуется лишь небольшое количество продуктов гидратации C 3 S. Эта стадия контролируется процессом диффузии.

Наибольшее внимание уделяют первым двум стадиям. На первой, как только C 3 S входит в контакт с водой, в раствор переходят кальций- и гидроксил - ионы. На второй стадии продолжается растворение C 3 S, и рН растет до 12,5. Здесь образуется небольшое количество силикатов. После того как будет достигнута определенная критическая концентрация кальций- и гидроксил-ионов, начинается быстрая гидратация C 3 S с образованиемСа(ОН) 2 и C-S-H (третья стадия).

Много публикаций посвящено объяснению механизма, вызывающего индукционный период и его последующее окончание. В основном считают, что начальные продукты реакции образуются на поверхности C 3 S, что замедляет дальнейшую реакцию. Возобновление реакции вызывается разрушением поверхностной пленки. Первоначально гидраты имеют высокое отношение C/S - около 3, затем оно снижается до 0,8-1,5 путем перехода ионов Са в раствор. Вторичные гидраты имеют свойства, позволяющие ионам проникать сквозь них, обеспечивая возможность прохождения быстрой реакции. Превращение первичных гидратов во вторичные происходит, очевидно, за счет процессов их зародышеобразования и роста кристаллов. Хотя эта теория согласуется со многими наблюдениями, имеются и другие факты, не подтверждающие ее. Например, отношение C/S продуктов ниже, чем было указано, защитная пленка недостаточно протяженная, продукт реакции - хрупкая пленка, которая легко сходит с поверхности, и первоначальное растворение может быть или не быть конгруэнтным. Конец индукционного периода объяснялся замедленным образованием зародышей СН. Обычно наблюдали быстрый рост кристаллов СН и переход ионов Са в раствор в конце индукционного периода. Это наводит на мысль, что осаждение СН связано с началом стадии ускорения. Если осаждение СН дает толчок реакции, то добавление Са-ионов должно ее ускорять, если не происходит отравления зародышей.

Как известно, добавление извести замедляет реакцию. Образование C-S-H также не объясняет периода ускорения. В работе отмечено, что дзета-потенциал гидратирующегося C 3 S положителен; это может свидетельствовать о возможности хемосорбции ионов Са на образующейся поверхности C 3 S, а пленка является барьером между C 3 S и водой. Считают, что во время осаждения Са (ОН) 2 из раствора переходит Са2+ (что должно, в свою очередь, инициировать удаление Са2+ из барьера). В результате реакция гидратации ускоряется.

Другие авторы говорят о механизмах, основанных на задержке образования зародышей кристаллизации C-S-H для объяснения конца индукционного периода. Один из них предполагает, что стабилизирующее действие на C 3 S тонкой пленки воды заканчивается, когда высокая концентрация Са2+ в растворе вызывает осаждение зародышей C-S-H. Продолжительность индукционного периода контролирует диффузия воды через зерна C 3 S. Дефекты увеличивают диффузию и, таким образом, вызывают кристаллизацию C-S-H; хемосорбция H 2 O и растворение некоторого количества C 3 S проходят во время индукционного периода. Конец индукционного периода связан с ростом зародышей C-S-H до критического размера.

Существуют другие представления, на первый взгляд независимые, но имеющие много общих черт, в которых делается попытка объяснить результаты проведенных наблюдений. Гидратация C2S протекает тем же путем, что и C 3 S, но значительно медленнее. Количество тепла, выделяемое C2S, много ниже, чем C 3 S. Кривая скорости тепловыделения не имеет таких явно выраженных пиков, как на рис. 1. Ускорители повышают скорость реакции C 2 SH 2 O. Взаимодействие с водой C 2 S изучено меньше, чем C 3 S.

Трехкальциевый алюминат (или C 4 AF) + гипс + вода.

На изотермической калориметрической кривой процесса гидратации смесиC 3 A и гипса также наблюдаются пики (см. рис. 1), однако время их появления и протяженность отличаются от приведенных для C 3 S. Согласно распространенному мнению, замедление гидратацииC 3 A в присутствии гипса объясняется образованием тонких кристаллов эттрингита на его поверхности. Эта плотная пленка в индукционном периоде разрушается и вновь формируется в течение этого периода. Когда весь сульфат связывается, эттрингит реагирует с C 3 A, образуя моносульфатную форму гидросуль-фоалюмината. Это превращение происходит при гидратации цемента между 12-36 ч с одним экзотермическим пиком. Некоторые добавки могут ускорить или замедлить это превращение.

Высказывалось также мнение, что эттрингит сам по себе не может оказывать влияние на индукционный период и что адсорбция сульфат-ионов на положительно заряженномC 3 A замедляет гидратацию. Предполагалось также, что осмотическое давление может воздействовать на разрыв иголок эттрингита. Это предположение базируется на факте обнаружения пустотелых иголок в системеC 3 A - гипс - НгО. Разрывы эттрингита приводят к перемещению ионов C 3 A1 в водную фазу с быстрым образованием пустотелых игл, через которые может быть перенесено большое количество C 3 A13+ -ионов. В такой же последовательности, как C 3 A, гидратируется C 4 AF. Гипс замедляет гидратацию C 4 AF более эффективно, чем C 3 A. Однако цементы с высоким содержанием C 3 A нестойки при воздействии сульфатов, а с высоким содержанием C 4 AF устойчивы. В высокоалюмоферритных цементах эттрингит не может образовываться из низкосульфатного сульфо-алюмината, возможно, вследствие содержания железа в моносульфоалюминате. Видимо, аморфный AF3 предотвращает такие реакции. Возможно также, что образующаяся сульфоалюминатная фаза гидратируется таким образом, что это не вызывает кристаллизационного давления.

Портландцемент.

Описанный выше механизм для чистых компонентов цемента является основой изучения гидратации портландцемента. Калориметрические кривые C 3 S и портландцемента схожи, но у портландцемента может возникнуть третий пик вследствие образования гидрата моносуль-фоалюмината (см. рис. 1). Детально воздействие C 3 A и C 4 AF на гидратацию C 3 S и C2S окончательно не изучено. Были представлены модели защитного слоя, учитывающие возможность взаимодействия. Хотя начальные стадии процесса не ясны для C 3 S (в цементе), можно допустить, что продукты гидратацииC 3 A образуются как через раствор, так и топохимическим путем.

Добавки в бетон Справочное пособие Под редакцией B.C. Рамачандрана

Cтраница 1

Гидратация портландцемента представляет собой экзотермический процесс и сопровождается выделением тепла.  

При гидратации портландцемента в течение 2 сут при 22 С и различном В / Ц от 0 3 до 1 0 на всех термограммах образцов имеются три эндотермических эффекта при 140, 510, 840 С. Эндо-эффект при 140 С вызван удалением воды из эттрингита - высокосульфатного гидросульфоалюмината кальция и тоберморито-вого геля. При электронно-микроскопическом исследовании установлено, что микроструктура исследуемого портландцементного камня характеризуется формированием силикатной гелеобразной массы. Развитие гидросиликатной структуры сопровождается интенсивным формированием призматических кристаллов эттрингита, которые достигают размеров нескольких микрометров.  

Механизм гидратации портландцемента представляется следующим образом.  

Скорость гидратации портландцемента зависит от ряда факторов. К числу важнейших из них относится минералогический состав цемента. Содержащиеся в цементном порошке минералы гидратируются с относительной скоростью, соответствующей их химической активности. Быстрее других протекает гидратация трехкальциевого алюмината, а остатки зерен белита длительное время (иногда десятки лет) сохраняются в цементном камне. При этом содержащиеся в портландцементном порошке минералы оказывают взаимное влияние на скорость гидратации друг друга.  

Процесс гидратации портландцемента, так же как и процесс гидратации C3S, может быть разделен на ряд последовательных стадий, хотя различия между отдельными стадиями в этом случае гораздо менее отчетливы. Можно выделить следующие стадии: 1-я - начальный (или ранний) период протяженностью 1 - 3 ч; 2-я - период завершения формирования эттрингита, продолжающийся примерно до 24 ч; 3-я - конечный (до полной гидратации) период твердения. Возможно выделение и большего числа стадий, но для обоснования каждой из них требуется еще накопление экспериментальных данных.  

Скорость гидратации портландцемента определяется скоростью гидратации отдельных минералов.  

Процесс гидратации портландцемента, так же как и процесс гидратации C3S, может быть разделен на ряд последовательных стадий, хотя различия между отдельными стадиями в этом случае гораздо менее отчетливы. Можно выделить следующие стадии: первая - начальный (или ранний) период протяженностью 1 - 3 ч, вторая - - период завершения формирования эттрингита, продолжающийся примерно до 24 ч, третья - конечный (до полной гидратации) период твердения. Возможно выделение и большего числа стадий, но для обоснования каждой из них требуется еще накопление экспериментальных данных.  

Рассмотрим гидратацию портландцемента и его компонентов.  

В результате гидратации портландцемента образуется сложная система, состоящая из гидратов новообразований различного состава, структуры и степени дисперсности. В начальный период минералы, входящие в состав цемента, вступают в реакцию взаимодействия. Однако наличие в водном растворе гидра-тирующего цемента, наряду с ионами, входящими в состав данного минерала других ионов, приводит к наложению на первичные реакции гидратации минералов вторичных реакций взаимодействия их продуктов, что значительно усложняет процесс гидратации.  

Чем быстрее протекает гидратация портландцемента, тем скорее и в большем количестве выделяется тепло. Поэтому цементы с высоким содержанием быстро-гидратирующихся соединений (трехкальциевых алюмината и силиката) являются источниками более быстрого и значительного теплообразования в бетонных массивах, чем цементы с высоким содержанием двухкальцие-вого силиката и четырехкальциевого алюмоферрита. Однако последние два соединения обладают более низкой прочностью, поэтому увеличение их содержания возможно лишь до известных пределов.  

Чем быстрее протекает гидратация портландцемента, тем скорее и в большем количестве выделяется теплота. Поэтому цементы с высоким содержанием быстрогидра-тирующихся соединений (трехкальциевых алюмината и силиката) являются источниками более быстрого и значительного теплообразования в бетонных массивах, чем цементы с высоким содержанием двухкальциевого силиката и четырехкальциевого алюмоферрита. Однако последние два соединения обладают более низкой прочностью, поэтому увеличение их содержания возможно лишь до известных пределов.  

Чем быстрее происходит гидратация портландцемента, тем быстрее и в большем количестве выделяется тепло. Поэтому цементы с высоким содержанием трехкальциевого силиката и алюмината являются источником более быстрого и значительного тепловыделения в бетонных массивах, чем белитовые и алюмо-ферритовые цементы. Однако последние цементы характеризуются более низкой прочностью.  

Какие химические соединения возникают при гидратации портландцемента и как они влияют на свойства цементного камня.