Схватывание и твердение бетона или цемента. Гидратация цемента


Гидратация цемента — что это такое? |

14.09.2015 profipol_dp Материалы

При смешивании цемента с водой присходит физико-химическая реакция, называемая гидратацией.

Гидратация вызывает твердение цементного клея и превращение его в прочный цементный камень.

Процесс твердения цементного камня (бетона) условно разделяется на две стадии:

  • схватывание (кристаллизация, загустевание),
  • твердение (набирание прочности)

Процесс схватывания начинается через 4-6 часов после смешивания цемента с водой и может длиться около суток, в зависимости от температуры окружающей среды.

Частички цемента начинают кристаллизоваться и связывают заполнитель цементного раствора или бетона (песок, щебень) между собой.

Бетон (раствор) начинает густеть, становится менее подвижным.

В зависимости от необходимости этот процесс можно ускорить или, наоборот, растянуть с помощью специальных добавок. Чаще всего это пластификаторы с комбинированными свойствами (ускоритель или замедлитель).

Условно говоря, через сутки начинается вторая стадия — твердение цементного камня (набор прочности). При идеальных условиях длится она 28 дней.

На начальном этапе ни о какой прочности не может идти и речи. Чатицы цемента кристаллизовались и скрепили заполнитель раствора вокруг себя, но эти соединения очень хрупкие и легко разрушаемые. При малейших механических воздействиях или подвижках эти соединения разрушаются и раствор уже никогда не свяжется и не затвердеет (не поможет и повторное заливание водой).

Пример 1: если походить по стяжке, которая только начала твердеть и набирать прочность, то разрушенные соединения раствора уже не схватятся между собой и стяжка начнет крошиться и высыпаться в этих местах.

Пример 2: кафель намного легче снять на следующий день после укладки, чем в сам день укладки. Пока клей вязкий плитку очень тяжело оторвать от стены (пола). На след.день клей кристаллизуется, но стоит только пару-тройку раз постучать по плитке кулаком (резиновым молотком), так она сразу легко снимется.

За первые 7 дней цементный камень набирает около 70% всей своей прочности, затем процесс твердения замедляется и за оставшиеся три недели он набирает еще около 20-25% прочности.

Существует мнение, что бетон набирает прочность первые сто лет своей «жизни» и еще сто лет он ее утрачивает, т.е. через двести лет бетон может стать критично слабым и разрушиться (привет балконам на «екатерининках» и «сталинках»).

Но для того, чтобы бетон продолжал набирать прочность — он постоянно должен поддерживаться во влажном состоянии.

В первые 2-3 недели желательно периодически проливать его водой и, при жаркой погоде или на сквозняке, накрывать пленкой, чтобы влага не испарялась быстро.

Бетон (цементный раствор) должен застыть, а не высохнуть. Это огромная разница. В этом весь смысл.

Если влага испарилась или замерзла в растворе, то процесс набора прочности останавливается.

Поэтому принудительное высушивание стяжки просто не допустимо.

Забудьте об открытых настеж окнах и дверях, включении ТП, тепловентиляторов и т.п.

 

Это тоже интересно:

бетон, материалы, цемент,

profipol.dp.ua

Гидратация цемента (схватывание и твердение)

Схватывание и твердение цемента

Всем известно, что, взаимодействуя с водой, цемент становится твердым и преобразуется в цементный камень. Но не всякий задумывается о сути этого дпроцесса: как затвердевает, по какой причине, что служит катализатором и как можно варьировать продолжительность затвердевания. И сегодня именно благодаря изучению и пониманию всех гидратационных процессов ученые создают новые усовершенствованные добавки для бетона или раствора. Их особый состав воздействует на процессы, которые происходят в момент затвердевания цементной смеси.

Сегодня при производстве бетона, люди имеют прекрасную возможность использовать эти добавки в свою пользу. Таким образом можно значительно снизить, избавиться от лишних затрат цемента, улучшить качественные характеристики продукции в целом (водонепроницаемость, морозостойкость, пластичность, прочность и прочее…), а так же проводить бетонирование зимой без специализированного оборудования. Такие изменения реальны, и они возможны благодаря специальным добавкам для бетона или раствора. С полным перечнем нашего ассортимента добавок в бетоны и растворы можно ознакомиться в разделе нашего сайта: plastificator.com.ua/продукция/добавки-для-растворов-и-бетонов/

Процесс затвердевания бетона можно условно разделить на две стадии:

  • Схватывание - это достаточно непродолжительная по времени стадия, которая длится в первые 24 часа жизни смеси. Важно заметить, что время схватывания во многом зависит от температуры воздуха. К примеру, если окружающая температура составляет +20С, то цемент начинает схватываться приблизительно спустя 2 часа после замешивания цементного раствора. Схватывание заканчивается через 3 часа. Таким образом, процесс схватывания цемента длится всего 1 час. Однако, если окружающая температура близка к 0С, то процесс может продлиться от 15 до 20 часов. При 0С схватывание только начинается через 6–10 часов с момента замешивания бетона. Также на скорость схватывания можно повлиять специализированными добавками: ускоритель схватывания и замедлитель схватывания.

Следует помнить, что во время всего периода схватывания цементный раствор остается подвижным, то есть на него все еще можно оказать воздействие. Здесь имеет место понятие тиксотропии. То есть пока вы воздействуете на не застывший окончательно цемент, процедура схватывания растягивается. Именно по этому принципу работают все смесители, которые постоянно «шевелят» цементные смеси, сохраняя при этом их основные качества.

  • Твердение - это следующий процесс, наступающий сразу после схватывания цемента. По сути, твердение бетона происходит постепенно и может растянуться на годы. Описанный срок в 28 суток указывается лишь затем, чтобы определенная марка бетона гарантированно обладала определенной маркой бетона на тот или иной отрезок времени. Стоить иметь в виду, что график твердения цемента в первые несколько дней динамичный и нелинейный. Почему так происходит и что служит причиной затвердевания цемента, подробно описывает процесс гидратации.

Минералогический состав, гидратация цемента

Будет излишне описывать здесь все стадии получения портландцемента, поэтому перейдем сразу к составу цемента. Рассмотрим конкретно состав цемента и все его основные компоненты, которые участвуют в реакции с водой при затвердении цементного раствора. Итак, приступим.В основе любого портландцемента лежат четыре минерала, которые получаются в результате всех этапов цементного производства:

  • C2S двухкальциевый силикат;
  • C3S трехкальциевый силикат;
  • C3A трёхкальциевый алюминат
  • C4AF четырехкальциевый алюмоферит.

Причем каждый из минералов имеет свои особенности и свое специфическое воздействие на разных стадиях схватывания цемента. Некоторые из них сразу вступают в реакцию с водой, другие - некоторое время спустя. Предлагаем рассмотреть реакцию каждого минерала более подробно:

C2S двухкальциевый силикат 2CaO x Si02

Этот минерал начинает воздействовать только через месяц после затвердения цемента. До этого времени он просто как бы находится в режиме покоя и ждет своей очереди. Однако этот период «простоя» можно существенно сократить путем применения специальных цементных добавок. Главный плюс этого минерала в том, что его воздействие длится не один год, укрепляя цементную смесь.

C3S трехкальциевый силикат 3CaO x SiO2

Этот минерал участвует в нарастании прочности цемента на протяжении всего времени. Можно с уверенностью сказать, что это главное звено свей смеси, однако в первые сутки жизни раствора у этого силиката имеется более весомый противник — СЗА, который будет описан чуть ниже. Гидратация цемента - это экзотермический процесс. То есть химические реакции, происходящие во время затвердевания, сопровождаются выделением тепла. Именно благодаря C3S раствор «греется» при замешивании. Нагревание прекращается до самого периода схватывания, после идет интенсивный выброс тепла на протяжении всего этапа схватывания, и только потом мы можем наблюдать постепенное понижение температуры.

Свою основную и самую значимую работу трехкальциевый силикат выполняет лишь в первые 28–30 дней после заливки цементного раствора. Вот это и есть тот самый гарантийный срок марочной прочности, о котором мы говорили вначале. По истечении этого месяца его воздействие на прочность цемента значительно уменьшается.

C3A трехкальциевый алюминат 3CaO x Al2O3

Это, наверное, самый активный из всех вышеперечисленных компонент. Его кипучая деятельность начинается вместе с началом периода схватывания. Именно благодаря этому алюминату происходит нарастание прочности смеси за первые несколько дней. В последующем его влияние на твердение и набор прочности незначительно, однако, что и говорить, по скорости ему нет равных.

C4AF четрыехкальциевый алюмоферит 4CaO x Al2O3 x Fe2O3

Про этот компонент можно подумать, что он вообще лишний в цементной смеси. Однако не стоит его недооценивать. Пусть его влияние на набор прочности и твердение минимально, но без этой составляющей не обходится ни один цемент. Незначительное влияние на прочность состава можно заметить уже на финальных этапах твердения.

Все вышеперечисленные компоненты вступают в химическую реакцию с водой, тем самым обеспечивая нарастание, скрепление и осаждение кристаллов соединений гидратации. По сути, процесс гидратации можно спокойно назвать процессом кристаллизации. Это будет так же правильно и более наглядно.

Многолетние разработки ученых и научные опыты, проведенные в многочисленных испытательных лабораториях и НИИ дали нам возможность прогнозировать и регулировать процесс гидратации цемента. Сегодня без труда можно повлиять на процесс начала и конца схватывания, контролировать подвижность смеси,  значительно повысить характеристики бетона: коррозийную выносливость, морозостойкость, водонепроницаемость и  и так далее. Всем этим мы обязаны специально разработанным добавкам в растворы и бетоны.

plastificator.com.ua

Гидратация цемента Википедия

Гидратация трёхкальциевого силиката с образованием иглообразных кристаллов гидросиликата кальция (выделены сиреневым цветом). Время гидратации — 5 часов. Водоцементное отношение — 0,4. Зелёным цветом выделен частично растворённый субстрат трёхкальциевого силиката.[1]

Гидратация цемента — химическая реакция цемента с водой с образованием кристаллогидратов.[2] В процессе гидратации жидкий или пластичный цементный клей превращается в цементный камень. Первая стадия этого процесса называется загустеванием, или схватыванием, вторая — упрочнением, или твердением.[3]

Химические реакции

Скорость гидратации клинкерных минералов.[4]

Безводные минералы клинкера при реакции с водой превращаются в гидросиликаты, гидроаллюминаты и гидроферраты кальция. Все реакции являются экзотермическими, то есть протекают с выделением теплоты. На скорость гидратации влияют: степень помола цемента и его минеральный состав, количество воды, которой замешивается цемент, температура, введение добавок.[5] Степень гидратации зависит от водоцементного соотношения, и достигает своего максимального значения только через 1—5 лет.[6][~ 1] Степень гидратации определяется различными способами: по количеству Ca(OH)2, по тепловыделению, по удельному весу цементного теста, по количеству химически связанной воды, по количеству негидратированного цемента,[~ 2] либо косвенно по показателям прочности цементного камня.[7] Продукты гидратации различаются по прочности. Основными носителями прочности являются гидросиликаты кальция.[6] В процессе гидратации клинкеров C3S и C2S помимо гидросиликатов кальция образуется гашёная известь Ca(OH)2, сохраняющаяся в цементном камне и препятствующая коррозии стали внутри цементного камня.[8]

Уравнения реакций для четырёх основных клинкерных минералов выглядят следующим образом[9]:

Для трёхкальциевого силиката 3CaO⋅SiO2{\displaystyle {\ce {{3CaO.SiO2}}}} (сокращённо C3S{\displaystyle {\ce {{C3S}}}}):

2(3CaO⋅SiO2)+6h3O⟶3CaO⋅2SiO2⋅3h3O+3Ca(OH)2+502{\displaystyle {\ce {{2(3CaO.SiO2)}+ 6h3O -> {3CaO.2SiO2.3h3O}+ {3Ca(OH)2}+ 502}}} Дж/г

Для двукальциевого силиката 2CaO⋅SiO2{\displaystyle {\ce {{2CaO.SiO2}}}} (сокращённо C2S{\displaystyle {\ce {{C2S}}}}):

2(2CaO⋅SiO2)+4h3O⟶3CaO⋅2SiO2⋅3h3O+Ca(OH)2+260{\displaystyle {\ce {{2(2CaO.SiO2)}+ 4h3O -> {3CaO.2SiO2.3h3O}+ {Ca(OH)2}+ 260}}} Дж/г

Для трехкальциевого алюмината 3CaO⋅Al2O3{\displaystyle {\ce {{3CaO.Al2O3}}}} (сокращённо C3A{\displaystyle {\ce {{C3A}}}}):

3CaO⋅Al2O3+6h3O⟶3CaO⋅Al2O3⋅6h3O+867{\displaystyle {\ce {{3CaO.Al2O3}+ 6h3O -> {3CaO.Al2O3.6h3O}+ 867}}} Дж/г

Для четырёхкальциевого алюмоферрита 4CaO⋅Al2O3⋅Fe2O3{\displaystyle {\ce {{4CaO.Al2O3.Fe2O3}}}} (сокращённо C4AF{\displaystyle {\ce {{C4AF}}}}):

4CaO⋅Al2O3⋅Fe2O3+2Ca(OH)2+10h3O⟶3CaO⋅Al2O3⋅6h3O+3CaO⋅Fe2O3⋅6h3O+419{\displaystyle {\ce {{4CaO.Al2O3.Fe2O3}+ {2Ca(OH)2}+ 10h3O -> {3CaO.Al2O3.6h3O}+ {3CaO.Fe2O3.6h3O}+ 419}}} Дж/г

Изменения физических свойств

Схема объёмных соотношений в цементном геле в зависимости от величины водоцементного отношения и степени гидратации. Цифрами обозначены: 1 — Негидратированный цемент. 2 — Объём твёрдой фазы. 3 — Объём гелевых пор. 4 — Объём усадочных пор. 5 — Объём капиллярных пор.[10]

При смешивании цемента и воды цементные частицы окружаются водой, которая составляет 50—70 объёмных процентов смеси. В результате химической реакции гидратации начинается образование иглообразных кристаллов. Спустя 6 часов образуется достаточное количество кристаллов и между цементными частицами формируются пространственные связи. Так происходит загустевание (схватывание) цементной смеси.[3] Процесс схватывания, вероятно, обеспечивается избирательной гидратацией клинкерных минералов C3A и C3S, а также развитием оболочек вокруг цементных зёрен и взаимной коагуляцией составных частей цементного теста.[11] Через 8—10 часов объём цементной смеси заполняет скелет иглообразных кристаллов, образованный преимущественно продуктами гидратации алюминатов C3A, поэтому такая структура называется алюминатной. С этого момента начинается застывание и набор прочности, которые связаны с формированием силикатной структуры, образующейся в процессе гидратации клинкерных минералов C3S и C2S. Результатом реакции силикатов и воды становятся очень малые кристаллы, объединяющиеся в гомогенную тонкопористую структуру, которая и определяет итоговую прочность цементного камня. Примерно через сутки силикатная структура начинает вытеснять алюминатную, а спустя 28 суток — полностью вытесняет её.[5] На практике формирование рыхлой алюминатной структуры из гидросиликата кальция в процессе схватывания отрицательно влияет на прочностные характеристики цементного камня. Поэтому в цементный клинкер вводится гипс, количество которого ограничивается допустимой концентрацией ангидрида серной кислоты SO3 в цементе по весу.[~ 3] Гипсовая добавка замедляет образование гидроалюмината кальция и каркас гидратированного цементного теста формируется за счёт гидросиликата кальция.[11]

Гидратация цемента в период схватывания характеризуется выделением теплоты: в начале схватывания происходит быстрый подъём температуры, а в конце схватывания наблюдается температурный максимум. Скорость схватывания находится в зависимости от температуры окружающей среды. При низких температурах схватывание замедляется. При повышении температуры скорость схватывания увеличивается, однако при значениях температуры выше 30 °C может наблюдаться обратный эффект.[11]

Для полной гидратации цементного зерна необходимо количество воды, составляющее 40 % от его массы. При этом из указанного количества воды 60 % (или 25 % от массы цемента) будут химически связаны с цементом, а 40 % (или 15 % от массы цемента) останутся в порах геля.[12] Средняя величина удельного веса продуктов гидратации в насыщенном водой состоянии составляет 2,16.[13] Та часть воды (25 % от массы цемента), которая вступает в химическую реакцию с цементом, претерпевает объёмную контракцию (сжатие) в процессе реакции, составляющую примерно 25 % от её объёма. В итоге образующийся цементный камень частично уменьшается в объёме. Этот процесс называется усадкой, а величина уменьшения объёма — объёмом усадки.[12]

Упрощённая модель структуры цементного камня. Крупные чёрные точки — гелевые частицы, промежутки между ними — гелевые поры (величина которых преувеличена для наглядности), пространства окрашенные в голубой цвет — капиллярные пустоты.[14]

При полной гидратации цементного клея объём пор будет составлять примерно 28[15]—30[12] % от объёма образующейся структуры геля. При этом величина пористости геля в основном не зависит от водоцементного отношения смеси и степени гидратации, а является характерным показателем для марки цемента.[16] Размер гелевых пор составляет примерно 1,5—2[15] (1—3[17]) нм в диаметре.[~ 4] Часть общего объёма цементного теста, которая не заполнена продуктами гидратации, образует взаимосвязанную систему капиллярных пор, беспорядочно распределённых по всему цементному камню. Капиллярная пористость цементного камня находится в прямой зависимости от водоцементного отношения смеси и в обратной зависимости от степени гидратации. Чем больше величина водоцементного отношения, тем больше капиллярных пор. В то же время по мере роста степени гидратации цемента будет уменьшаться объём капиллярных пор. Размер капиллярных пор составляет примерно 1,27 мкм.[19]

Структурно продукты гидратаци представляет собой гель, а сам процесс гидратации классифицируется как гелеобразование.[5] В процессе гидратации значительно увеличивается площадь поверхности твёрдой фазы цементного геля, что влечёт за собой повышение адсорбции свободной воды. При этом сохраняется расход воды в реакциях гидратации. Следствием этих двух процессов становится самовысушивание — явление уменьшения относительной влажности в цементном тесте. Самовысушивание снижает степень гидратации, поэтому для нормального протекания процессов твердения цементного теста необходимо поддерживать уровень влажности, как одно из условий нормального набора прочности. Процесс самовысушивания также компенсируется избытком воды при затворении цементной смеси (при значениях водоцементного отношения 0,5 и более).[20]

Примечания

Комментарии
  1. ↑ При анализах «римского бетона» в нём находились гидравлические составляющие, которые через 200 лет ещё не подверглись 100%-ной гидратации.[6]
  2. ↑ С помощью рентгеноструктурного анализа.
  3. ↑ Согласно ГОСТ 10178-62 содержание в портландцементе ангидрида серной кислоты (SO3) должно быть не менее 1,5 и не более 3,5 %. По британскому стандарту BS 12: 1958 установлено максимальное содержание SO3 в размере 2,5 % при содержании C3A не более 7 % или 3 % при содержании C3A более 7 %.[11]
  4. ↑ Для сравнения: диаметр молекул воды составляет 0,29 нм.[18]
Источники
  1. ↑ Rouhollah Alizadeh. Cement and art (англ.). Проверено 17 декабря 2016.
  2. ↑ Строительство: Энциклопедический словарь, 2011, с. 107.
  3. ↑ 1 2 Райхель, Конрад, 1979, с. 33.
  4. ↑ Невилль, 1972, с. 13.
  5. ↑ 1 2 3 Райхель, Конрад, 1979, с. 34.
  6. ↑ 1 2 3 Райхель, Конрад, 1979, с. 40.
  7. ↑ Невилль, 1972, с. 12.
  8. ↑ Райхель, Конрад, 1979, с. 38.
  9. ↑ Райхель, Конрад, 1979, с. 37.
  10. ↑ Райхель, Конрад, 1979, с. 36.
  11. ↑ 1 2 3 4 Невилль, 1972, с. 16.
  12. ↑ 1 2 3 Райхель, Конрад, 1979, с. 35.
  13. ↑ Невилль, 1972, с. 20.
  14. ↑ Невилль, 1972, с. 19.
  15. ↑ 1 2 Невилль, 1972, с. 25.
  16. ↑ Невилль, 1972, с. 26.
  17. ↑ Dr. James J. Beaudoin. On the Validity of Colloidal Models for Hydrated Cement Paste (англ.). Проверено 15 декабря 2016.
  18. ↑ Шевченко, 2004, с. 25.
  19. ↑ Невилль, 1972, с. 24.
  20. ↑ Невилль, 1972, с. 19—20.

Литература

  • Невилль А. М. Свойства бетона / Сокращённый перевод с английского канд. техн. наук В. Д. Парфёнова и Т. Ю. Якуб. — Москва: Издательство литературы по строительству, 1972. — 344 с.
  • Райхель В., Конрад Д. Бетон: В 2-х ч. Ч. 1. Свойства. Проектирование. Испытание / Пер. с нем./Под ред. В. Б. Ратинова. — Москва: Стройиздат, 1979. — 111 с.
  • Строительство: Энциклопедический словарь / Автор-составитель Д. В. Артюхович. — Ставрополь: Ставропольское издательство «Параграф», 2011. — 766 с. — ISBN 978-5-904939-17-5.
  • Шевченко А. А. Химическое сопротивление неметаллических материалов и защита от коррозии: учебное пособие для вузов. — Москва: Химия, Колосс, 2004. — 248 с. — ISBN 5-98109-008-1.

Ссылки

Тематическая подборка иллюстраций (англ.), полученных с помощью растрового электронного микроскопа

wikiredia.ru

Гидратация цемента: этапы затвердевания

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.

1pokirpichy.ru

гидратация цемента, схватывание бетона, твердение бетона, гидратация

Многие знают, что цемент при взаимодействии с водой твердеет и превращается в так называемый цементный камень. Однако, немногие знают суть этого процесса: как твердеет, почему твердеет, что нам даёт осознание происходящей реакции и каким образом мы можем на неё воздействовать. На сегодняшний момент понимание всех стадий гидратации позволяет учёным изобретать новые добавки в бетон или цемент, так или иначе воздействующие на процессы, происходящие в период схватывания цемента и твердения бетонной или ЖБИ конструкции.

Заводы выпускающие ЖБИ или товарный бетон могут пользоваться этими добавками с огромной пользой для себя. Это и экономия электроэнергии и газа за счёт сокращения сроков пропаривания ЖБИ изделий, и снижение трудозатрат на вибрирование, и скорость оборачивания формоснастки или опалубки, и экономия цемента, и улучшение качественных характеристик товарного бетона и изделий ЖБИ. Всё это возможно за счёт применения специальных добавок для бетона или цемента. Перечень используемых на сегодняшний день добавок довольно велик, поэтому ему посвящён отдельный раздел добавки в бетон.

Вообще, в процессе набора прочности бетона присутствуют две основные стадии:

  • схватывание бетона довольно короткая стадия, происходящая в первые сутки жизни бетона. Время схватывания бетона или цементного раствора существенно зависит от температуры окружающего воздуха. При классической расчётной температуре 20 градусов начало схватывания цемента происходит примерно через 2 часа после затворения цементного раствора, а конец схватывания наступает примерно через три часа. То есть - процесс схватывания занимает всего 1 час. Однако, при температуре 0 градусов этот период растягивается до 15-20 часов. Чего говорить, если само начало схватывания цемента при 0 градусов начинается лишь спустя 6-10 часов после затворения бетонной смеси. При высоких температурах, например при пропаривании ЖБИ в специальных камерах мы ускоряем период схватывания бетона до 10-20 минут!

    В течение периода схватывания бетон или цементный раствор остаются подвижными, на них ещё можно воздействовать. Тут действует механизм тиксотропии. Пока Вы "шевелите" несхватившийся до конца бетон, он не переходит в стадию твердения, и процесс схватывания цемента растягивается. Именно поэтому доставка бетона на бетоносмесителях, сопровождающаяся постоянным перемешиванием бетонной смеси, способна сохранить её основные свойства. При желании прочтите подробности про основные свойства и состав бетона.

    Из личного опыта могу вспомнить экстраординарные случаи, когда наши миксера с бетоном стояли и "молотили" на объекте по 10-12 часов, в ожидании разгрузки. Бетон в такой ситуации не твердеет, но происходят некие необратимые процессы, существенно снижающие его качества в дальнейшем. Мы называем это свариванием бетона. Особенно критичны такие мероприятия летом в жару. Вспомните сокращённые сроки схватывания цемента при высокой температуре, о которых мы говорили выше. Менеджеры и диспетчера Компании BESTO стараются избегать подобных казусов, но иногда происходят непредвиденные ситуации, в основном связанные с обрушением некачественной опалубки. Бетон разливается, все бегают, пытаясь его собрать, восстанавливают опалубку, а время идёт, а ещё не разгрузившиеся бетоносмесители с бетоном стоят и молотят. Хорошо, если есть куда переадресовать, а если нет? Одним словом - беда.

  • твердение бетона это процесс наступает сразу после окончания схватывания цемента. Представьте, что мы при помощи бетононасоса наконец-то уложили бетон в опалубку, он благополучно схватился, и тут собственно и начинается процесс твердения бетона. Вообще, твердение бетона и набор прочности ЖБИ идёт не месяц, и не два, а годы. 28 суточный срок регламентирован лишь для того, чтобы гарантировать определённую марку бетона на тот или иной период. График набора прочности бетона или ЖБИ нелинеен и в первые дни и недели процесс происходит наиболее динамично. Почему же так? А вот как раз давайте разберёмся. Пришла пора поговорить про процесс гидратации цемента.

Минералогический состав и гидратация цемента

Мы не будем здесь разбирать сами стадии получения портландцемента, для этого есть специальный раздел, описывающий производство цемента более подробно. Нас интересует лишь состав цемента и его основные компоненты, вступающие в реакцию с водой при затворении цементного раствора или бетона. Итак. В качестве основы портландцемента рассматриваются четыре минерала, полученные в результате всех стадий производства цемента:

  • C3S трёхкальциевый силикат
  • C2S двухкальциевый силикат
  • C3A трёхкальциевый алюминат
  • C4AF четырёхкальциевый алюмоферит

Поведение каждого из них на разных стадиях схватывания бетона и его твердения, существенно отличается. Одни минералы вступают в реакцию с водой затворения сразу, другие немного погодя, а третьи - вообще не понятно зачем здесь "ошиваются". Давайте рассмотрим всех по порядку:

C3S трёхкальциевый силикат 3CaO x SiO2 минерал участвующий в процессе нарастания прочности цемента в течение всего времени. Без сомнения, он является главным звеном, хотя, в период первых суток жизни бетона у трёхкальциевого силиката есть серьёзный более шустрый соперник C3A, о котором мы упомянем позже. Процесс гидратации цемента является изотермическим, то есть - химическая реакция сопровождающаяся выделением тепла. Именно C3S "греет" раствор цемента при затворении, прекращает греть в период с начала затворения до момента начала схватывания, затем выброс тепла в течение всего периода схватывания и дальше происходит постепенное снижение температуры.

Трёхкальциевый силикат и его вклад в набор прочности бетона наиболее значим лишь в первый месяц жизни бетонной или ЖБИ конструкции. Это те самые 28 дней нормального твердения. Далее, его влияние на набор прочности цемента ощутимо уменьшается.

C2S двухкальциевый силикат 2CaO x Si02 начинает активно действовать лишь спустя месяц после затворения цемента в бетонной смеси, как будто принимая смену у своего трехкальциевого брата-силиката. В течение первого месяца жизни бетона или ЖБИ он в общем-то валяет дурака и ждёт своего часа. Это период безделья и расслабухи можно существенно сократить за счёт применения специальных добавок в цемент. Зато, его действие длится годами, в течении всего периода нарастания прочности железобетона, ЖБИ или бетона.

C3A трёхкальциевый алюминат 3CaO x Al2O3 наиболее активный из перечисленных. Он начинает кипучую деятельность с самого начала процесса схватывания. Именно ему мы обязаны за набор прочности, в течение первых дней жизни бетона или железобетона. В дальнейшем его роль в твердении и наборе прочности минимальна, но в скорости ему нет равных. Марафонцем его не назовёшь, а вот спринтером, пожалуй - да.

C4AF четрыёхкальциевый алюмоферит 4CaO x Al2O3 x Fe2O3 это как раз тот самый, который - "непонятно зачем вообще здесь ошивается". Его роль в наборе прочности и твердении минимальна. Незначительное воздействие на набор прочности отмечается лишь на самых поздних сроках твердения.

Все перечисленные компоненты при затворении водой вступают в химическую реакцию, благодаря которой происходит нарастание, сцепление и осаждение кристаллов гидратированных соединений. По сути, гидратацию можно назвать и кристаллизацией. Так наверное понятней.

Благодаря стараниям учёных и научным разработкам многочисленных испытательных лабораторий и НИИ стало возможным прогнозируемое и регулируемое воздействие на процесс гидратации цемента, влияние на начало и конец схватывания, регулируемая подвижность бетона, его прочность, коррозионная стойкость и так далее. В основном это делается за счёт применения специальных добавок в бетон. Спектр доступных методов воздействия на процесс схватывания цемента и дальнейшего набора прочности бетона или ЖБИ довольно широк и более подробно он описан в разделе добавки для бетона.

Компания БЭСТО поставляет товарный бетон и раствор, изготовленные с применением самых современных добавок, позволяющих получать бетонные смеси и цементные растворы с улучшенными показателями по морозостойкости, водонепроницаемости, подвижности и т.д. Современное дозирующее и бетоносмесительное оборудование помогает добиться наилучших результатов по однородности состава бетонной смеси или цементного раствора.

Надеюсь, что не загидратировал Вам мозги своими силикатами и алюминатами. С трёхкальциевым приветом, Эдуард Минаев.

www.avtobeton.ru

Гидратация - портландцемент - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Гидратация - портландцемент

Cтраница 1

Гидратация портландцемента представляет собой экзотермический процесс и сопровождается выделением тепла.  [1]

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.  [2]

Механизм гидратации портландцемента представляется следующим образом.  [3]

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.  [5]

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.  [7]

Скорость гидратации портландцемента определяется скоростью гидратации отдельных минералов.  [8]

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.  [9]

Рассмотрим гидратацию портландцемента и его компонентов.  [10]

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.  [11]

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.  [12]

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.  [13]

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.  [14]

Какие химические соединения возникают при гидратации портландцемента и как они влияют на свойства цементного камня.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru


Смотрите также