Гидратация цемента

Портландцемент состоит из различных соединений, которые реагируют с водой и обуславливают его схватывание и твердение.

Все соединения в портландцементе являются безводными и при взаимодействии с водой образуют гидратные соединения. Продукты гидратации цемента являются относительно слабо растворимыми соединениями. В противном случае растворы и бетоны не оставались бы стабильными в присутствии воды и быстро разрушались бы.

Взаимодействие цемента с водой является реакцией отдельных его компонентов, так трёхкальциевый аллюминат С3А вступает в реакцию очень быстро, а четырёхкальциевый аллюмоферрит С4F намного медленнее. Взаимодействие с водой трёхкальциевого силиката С3S приводит к быстрому насыщению раствора известью. Гипс, присутствующий в цементе, также начинает быстро растворяться, что необходимо для регулирования гидратации аллюмината.

Схематично ход реакции гидратации портландцемента имеет следующий вид:.


II-a
2CaO⋅SiO23CaO⋅SiO2
↓  медленно↓  умеренно
2CaO⋅SiO2⋅aq2CaO⋅SiO2⋅aq + Ca(OH)2
↓            II            ↓
3CaO⋅2SiO⋅aq + Ca(OH)2
III
Возможное образование гидроаллюмосиликатов кальция с переходом части
кремнезёма в твёрдый раствор глинозёма и окиси железа
IVIV-a
3CaO⋅Al2O3 + CaSO4⋅2H2O 4CaO⋅Al2O3⋅Fe2O3 + CaSO4⋅2H2O + Ca(OH)2
↓  непосредственно↓  быстро
иглы 3CaO⋅Al2O3⋅3CaSO4⋅aq иглы 3CaO⋅Al2O3⋅3CaSO4⋅aq
и 3CaO⋅Fe2O3⋅3CaSO4⋅aq в твёрдом растворе
VV-a
↓  + Ca(OH)2
гексагональный пластинчатый твёрдый раствор
3CaO⋅Al2O3⋅3CaSO4⋅aq
и 3CaO⋅Al2O3⋅Ca(OH)2⋅aq

↓  гексагональные пластинчатые твёрдые растворы
3CaO(Al2O3,Fe2O3)3CaSO4⋅aq
и 3CaO⋅Al2O3⋅Ca(OH)2⋅aq
VIVI-a
↓  + SiO3 из силикатов
смешанные гексагональные твёрдые растворы типа
3CaO(Al2O3,Fe2O3)Ca[(OH)2,(SO4),(SiO3)]aq

Эта схема весьма условна, но она позволяет понять какие реакции протекают при гидратации цемента. Стадии I и I-a, IV и IV-a относятся к самому раннему периоду гидратации. Стадии V и V-a не могут начатся пока не израсходован весь гипс, т.е. по времени от 12 до 24 часов. Стадии III, VI и VI-a представляют собой очень медленные реакции, для полного завершения которых требуются годы.

Если рассматривать относительную скорость гидратации различных соединений, то гидратация С3А почти полностью заканчивается к 24 часам, у С3S длительность её достигает 7 суток, а у С2S становится заметной в более поздние сроки.

Электоронномикроскопические снимки срезов гидратированного цемента дают кристаллическую метёлкообразную структуру, которую можно рассмотреть на снимке:


Кристалличечкая структура цемента

реклама от People Group