FacebookIcon
googleplusIconYoutubeIcon

 
 

ПАРНЕРИ:


 ТзОВ "СПЕЦБУДІЗОЛ"

СПЕЦІАЛІЗОВАНІ БУДІВЕЛЬНІ ТА ІЗОЛЯЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ

logo-sbisol


sonet logo


ВИГОТОВЛЕННЯ ДЕКОРАТИВНОЇ ШТУКАТУРКИ НА ГНУЧКІЙ ОСНОВІ

gibko logo


Brukton logo

tverdinnya-portlandcementu-2Твердіння портландцементу відбувається в результаті комплексу складних хімічних і фізико-хімічних процесів. До хімічних процесів при твердінні цементу можна віднести процеси гідратації, гідролізу й обмінної взаємодії, що протікають при замішуванні цементу водою. Склад новоутворень визначається хімічною природою безводних сполук, співвідношеннями твердої і рідкої фаз, температурними умовами.


Вода в процесі взаємодії з цементом насичується гідроксидом кальцію, що є продуктом гідролізу клінкерних мінералів, гіпсом і лугами, що містяться в цементі. Наявність і концентрація цих речовин у рідкій фазі цементу, що твердіє, істотно впливає на склад гідратних новоутворень. Основні клінкерні мінерали-силікати при взаємодії з водою утворюють гідросилікати кальцію – слабо закристалізовані речовини, що мають змінний склад. Так, при кімнатній температурі реакція трикальцієвого силікату (С3S) з водою описується рівнянням:

2(3CaO x SiO2) + 6H2O = 3CaO x SiO23H2O + 3Ca(OH)2  (1)

У порівнянні з трикальцієвим силікатом гідратація двокальцієвого силікату (b2S) відбувається повільно особливо в початковий період твердіння. За даними Ю.М. Бутта і В.В. Тимашова ступінь гідратації b2S, складає через 1 добу – 5...10%, 28 діб – 30...50%, тоді як для С3S через 1 добу – 25...35%, 28 діб – 78...80%.

Високою гідратаційною активністю характеризуються алюмінати кальцію. Первинними продуктами гідратації трикальцієвого алюмінату (С3А) є переважно гідроалюмінати кальцію типу С4АНn, що кристалізуються у вигляді гексагональних пластинок, що потім переходять у кубічні кристали С3АН6.

При наявності води і сульфату кальцію, що вводиться в цемент для регулювання строків тужавлення, утворюються комплексні сполуки – гідросульфоалюмінати кальцію. У насиченому водному розчині гідроксиду кальцію і гіпсу реакція йде за схемою:

3CaO x Al2O3 + 3(CaSO4 x 2H2O) + 25H2O =

3CaO x Al2O3 x 3CaSO4 x 31H2O  (2)

За хімічним складом, високосульфатний гідросульфоалюмінат ідентичний природному мінералу – етрингіту.

Реакції гідратації починаються практично відразу після замішування цементу водою. Через кілька хвилин рідка фаза стає пересиченою відносно гідроксиду кальцію, що виділяється при гідролізі аліту і сульфату кальцію.

На часточках алюмінату й алюмофериту утворюється плівка кристалів етрингіту, що під тиском кристалізації розривається. Це сприяє подальшому проходженню реакції.

Утворення етрингіту практично припиняється через добу після замішування, а приблизно через одну годину після додавання води до цементу утворюються перші часточки гідросилікатів розміром близько 0,1 мкм.

tverdinnya-portlandcementu

Рис. 1. Кінетика твердіння цементного каменю при застосуванні цементів з зернами різного розміру: 1 – <3 мкм; 2 – 3…9 мкм; 3 – 9…25 мкм; 4 – 25…50 мкм

Гідросилікати створюють просторову структуру. Це приводить до збільшення щільності цементного тіста і його тужавлення. Нині існують два протилежних погляди на механізм гідратації цементу. Частина дослідників дотримуються так званого розчинного механізму (П.О. Ребіндер, В.Б. Ратінов, А.Ф. Полак), відповідно до якого процесу гідратації передує розчинення безводних сполук. Ряд учених віддає перевагу топохімічному чи змішаному механізму гідратації. За топохімічним механізмом (І.П. Виродов, Д. Джефрі, Р. Кондо) молекули води чи іони Н+ і ОН приєднуються безпосередньо до поверхневих шарів кристалу з утворенням первинного гідратованого шару визначеної товщини і наступним переходом гідратованих іонів у розчин. За змішаним механізмом (О.В. Волженський, М.М. Сичов, О.О. Пащенко, О.П. Мчедлов-Петросян), гідратація відбувається частково внаслідок розчинення, і частково – топохімічно.

Незважаючи на численні дослідження до теперішнього часу не розроблена ще єдина теорія твердіння цементу. З позицій фізико-хімічної механіки П.О. Ребіндер поділяє процес твердіння на три стадії:

1. Розчинення у воді клінкерних мінералів і виділення кристаликів гідратів;
2. Утворення коагуляційної структури – пухкої просторової сітки;
3. Ріст і зрощення кристалів.

Міцність цементного каменю обумовлена двома типами зв'язків. Зв'язок першого типу обумовлюється фізичним притяганням полярних продуктів, що утворюються в процесі гідратації ван-дер-ваальсовими силами. В міру подальшого твердіння при зрощенні утворень і зменшенні їх питомої поверхні міцність збільшується за рахунок сильних хімічних зв'язків, незважаючи на деструктивні процеси, що виявляються при перекристалізації сформованого каркасу.

Відповідно до сучасних уявлень, розвинутих під керівництвом акад. П.О. Ребіндера, з пересиченого розчину новоутворення кристалізуються в два етапи. Протягом першого відбувається формування каркасу з виникненням контактів зрощення між кристалами гідратів. При цьому можливий також ріст кристалів, що зростаються між собою. Протягом другого етапу нові контакти не виникають, а відбувається тільки обростання вже наявного каркасу, тобто ріст кристалів, що його складають. В результаті підвищується міцність цементного каменю, однак можуть виникнути і внутрішні розтягуючі напруження. Вирішальну роль грає ступінь пересичення розчину. При малому пересиченні кількість кристалів невелика, вони не зростаються. Для найбільшої міцності штучного каменю необхідні оптимальні умови гідратації, що забезпечують виникнення новоутворень достатніх розмірів при мінімальних напруженнях.