Robototehnika-info.ru

Робототехника Инфо
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гидратация цемента

Гидратация цемента

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]

Содержание

Химические реакции [ править | править код ]

Безводные минералы клинкера при реакции с водой превращаются в гидросиликаты, гидроалюминаты 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] :

Изменения физических свойств [ править | править код ]

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]

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]

Читайте так же:
Сухая цементная смесь типа ветонит

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]

Способ определения степени гидратации цемента

Способ определения степени гидратации цемента. Страница 1.

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 14745 1)4 С 01 ИЕ ИЗОБРЕТ ПИ(21) 4238347 (22) 20. 03, 8 (46) 23.04.8 (71) Московс ный институт (72) Л.А,Ал Н.Н.Астахов (53) 666.9.0/31-37 льетоне строител пределен бетоне, я конт- езобетонрокали еделяю еле ние в бето с бетомента мент относит мически разце б относит тво хиы в обльное связа тона;льное количество связаннои воды в1 ентного камня. мичес киразце ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТПРИ ГКНТ СССР ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 9. Бюл. Р 15кий инженерно-строиим. В.В.Куйбьппеваимов, В.В.Воронин,и Ю.М,Баженов15.42 (088.8)(56) авторское свидетельство СССР 9 662860, кл . С О 1 М 33/38, 1976,Буров Ю,С. и др, Лабораторный практикум по курсу «Минеральные вяжущие вещества».-М.: Изд. литературы по строительству, 1967, с, 58-61. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ГИДРАТАЦИИ ЦЕМЕНТА 1Изобретение относится кству, а именно к способамстепени гидратации цементаи может быть использовано дроля качества бетонных и жных изделий.Цель изобретения — опрестепени гидратации цементаСпособ осуществляют следразом. Образцы цементного камня и образцы бетона, изготовленные на том же цемейте, дробят в щековой дробилке, размалывают в шаровой мельнице, высушивают до постоянной массы при 102-104 оС, отбирают две партии навесок проб цементного камня. Производят запись рентгенограмм первой партии навесок проб цементного камня, которые сравнивают с рентгенограммами исходного цемента, и рассчитывают(57) Изобретение относится к областистроительства, а именно к способамопределения степени гидратации цемента в бетоне, и может быть использовано для контроля качества бетонных и железобетонных изделий, Цельизобретения — определение степенигидратации цемента в бетоне, Сначалаопределяют степень гидратации цемента в цементном камне путем сравнениярентгенограмм исходного цемента ицементного камня, затеи определяютотносительное количество химическисвязанной воды в образце бетона и вобразце цементного камня и рассчитывают степень гидратации цемента в степень гидратации цемента . Вторуюо партию навесок прокаливают при 1000 С и определяют относительное количесто химически связаннои воды. Навески проб бетона также ают до постоянной массы и оотносительное количество химисвязанной воды в бетоне,Степень гидратации цементане рассчитывают по формуле= г, В/В,где 4- степень гидратации пев бетоне;Ыч — степень гидратации цецементном камне;ВЯе количес1474548 Формула и э о б р е т е н и я определяют степень гидратацин цемента в цементном камне путем сравнениярентгенограмм, а степень гидратациицемента в бетоне рассчитывают поФормуле: ЙфцВ 6/Вц где а -610ц ВО 15ВЦ Составитель И.СлинькоТехред Л.Сердюкова Редактор Н.Тупица Корректор Э.лончакова Заказ 1887/42 Тираж 788 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат «Патент». г.ужгород, ул. Гагарина,101 ФСпособ определения степени гидратации цемента, включающий изготовление образца цементного камня, определение относительного количества химически связанной воды в нем, расчет степени гидратации по формуле, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью определения степени гидратации цемента в бетоне, готовят образец бетона на том же цементе, что и образец цементного камня, определяют относительное количество химически связанной воды в образце бетона, производят запись рентгенограмм исходного цемента и цементного камня,степень гидратации цементав бетоне;степень гидратации цементав цементном камне;относительное количество химически связанной воды в образце бетона;относительное количество химически связанной воды в образце цементного камня.

Заявка

МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ИМ. В. В. КУЙБЫШЕВА

АЛИМОВ ЛЕВ АЛЕКСЕЕВИЧ, ВОРОНИН ВИКТОР ВАЛЕРИАНОВИЧ, АСТАХОВ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ, БАЖЕНОВ ЮРИЙ МИХАЙЛОВИЧ

МПК / Метки

Код ссылки

<a href="https://patents.su/2-1474548-sposob-opredeleniya-stepeni-gidratacii-cementa.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ определения степени гидратации цемента</a>

Способ приготовления цементных растворов и бетонных смесей

Загрузка.

Номер патента: 1775383

. 1989, с. 69-83.(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЦЕМЕНТНЫХ РАСТВОРОВ И БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ (57) Использование: в производстве цементных растворов и бетонных смесей. Сущность изобретения: способ приготовления цементных растворов и бетонных смесей путем смешения цемента, заполнителя, карбоната кальция с водой затворения в количестве 0,5 — 1; от ее массы с последующей виброактивацией смеси на первой стадии структурообразования с частотой 50 Гц и амплитудой 2,5 мм. Прочность бетона в возрасте 1 сут. 7,0 МПа, 3 сут. 18,4 МПа, 1 табл. не позволяет ускорить бетона в ранние сроки известныи способпроцесс твердениятвердения,Цель изобретения — повышение прочности в ранние сроки твердения.Цель достигается тем, что в способеприготовления цементных растворов и.

Читайте так же:
Цемент с жидким стеклом время твердения

Способ активации цементных растворов и бетона

Загрузка.

Номер патента: 718585

. продолжитель. ности первой стадии процесса структурообра-. зования, непрерьтвнр измеряют диэлектричес. ,кую проницаемость и злектропроводность раствора или бетона, причем, механическое воздействие начинают в момент завершениябыстрого роста диэлектрической проницаемости, а заканчивают в момент снижения электропроводности.Способ осуществляют следующим образом.На фиксированной частоте (желательно, в диапазоне от 1 до 20 МГц) измеряют временной ход диэлектрической проницаемости (действительной части) Я и электропроводнос. ти Н материала, Измерение проводят непре. рывно или через небольшое (1 — 2 мин) интер. валы времени. Для этого прикладывают к3 718585 ф4МВерМоСЖтела»электроды, на которыепода выдержки, соответствующей.

Устройство для определения количества компонентов крови в образце центрифугированной крови

Загрузка.

Номер патента: 1835077

. с одним из гофр 8.Количестоо тромбоцитоо в зависимостиот длины полосы тромбоцитов о мм определяют по числам на контрольной линии 7, а30 гематокрит определяют по соосности верхнего мениска 19 слоя эритроцитов с однойиз контрольных линий для значений гематокрита в части 9 номограммы. Все зто показано на фиг,4, Затем трубку 17 помещают35 в паз 10, при этом пробка 18 длл закрытиядонышка трубки располагается о пазу 11,как показано на фиг,5. Полосу 20 тромбоцитоо, определяемую по ее различному рассеянию света, образующемуся в результате40. добавления красящего оещестоа в образецкрови, затем помещают соосно с шкалой 12и длину полосы 20 измеряют по шкале 12посредством линзы 13 как показано нафиг,6, Затем данные о плотности.

Способ активации воды затворения для цементных растворов и бетонов

Загрузка.

Номер патента: 1662943

. При этом вода насыща 2ется гидроокисью железа, состоящей из 3 кристалл ографических модификаций (а — Ре(ОН) , Р — РЯ(ОН); у — (Г.ВОН), которая поступает в виде добавки в строительный раствор из расчета 62 мг железа на 1 л воды, Одновременно с образованием гидро- окиси железа происходят структурные изменения других примесей, находящихся в воде. Соли кальция кристаллизуются в форме арагонита. Наличие в воде затворения оксигидрата железа, солей кальция, магния и других примесей с измененной кристаллической решеткой приводит к увеличению скорости гидратации вяжущего (цемента) и1662943 Опьт Прочность на сжатие кг/см. Расход материаловна 0,5 м, кг Коли» Плот»ностьтока,/и Изделие чествожелезамг/л 28 дн, н/хр,сразу после пропарки после.

Способ приготовления цементных суспензий из известково пуццолановых цементов при изготовлении из них строительных растворов и бетонов

Загрузка.

Номер патента: 81607

. или раствора. В пол ченный шлам ВВодится в небольшом 1 до 3 «0) количестве электролит, например, известь. гипс, клористый кальций и т. и. для коагуляции суспензии и перемешивание продолжается в течение одной-полутора минут. После этого в шлам добавляется остальное, необсодимое для цемента, количество извест и цементная суспензия перемешивается до состояния однородности в течение 1,5 — 3 мин (до получения однородного состава). Полученный состав используется для приготовления растворов и бетонов обычным порядком.При мокром размоле добавки необкодимое для коагуляции суспепзии количество извести (до 3»,) вводится непосредственно в мельницу, и остальное вводится затем в готовуо после помола суспензи 1 о.Ю 8160 Предмет изобретения Редактор.

Степень гидратации цемента формула

Одно из направлений развития науки о цементе диктуется необходимостью разработки вяжущих со специальными свойствами, которые не обеспечиваются применением цементов общестроительного назначения.

Наиболее детально изучены и в настоящее время получили довольно широкое распространение цементы алюминатного и сульфоалюминатного твердения [2, 3], которые по скорости нарастания прочности и конечной ее величины могут конкурировать со специальными конструктивными материалами. Применение этих цементов обеспечивает изделиям высокую плотность, водонепроницаемость, трещиностойкость.

Возможность получения специальных цементов, обладающих стойкостью к воздействию агрессивных сред и кислотостойкостью, на основе сульфоферритов кальция также доказана экспериментально. Однако по скорости твердения и степени расширения сульфоферритные цементы уступают сульфоалюминатным [1, 4].

Известен ряд составов и способов получения специальных цементов, свойствa которых во многом определяются кинетикой и количеством образующегося гидросульфоалюмината кальция или гидросульфоферрита кальция в процессе структурообразования и твердения цементного камня. В зависимости от состава специального клинкера и его соотношения с портландцементным клинкером получают сверхбыстротвердеющие, высокопрочные, безусадочные, расширяющиеся и напрягающие цементы [5, 7].

В качестве специального клинкера для этих цементов используются сульфоалюминатный или сульфоферритный, а также композиция из глиноземистого шлака и гипса. Сульфоалюминатный и сульфоферритный клинкеры выпускаются в ограниченном количестве, что связано с дефицитом глинозем- и железосодержащего сырья. Известный сульфоалюминатный клинкер получают из материалов с малым содержанием оксидов железа (не более 7%), при этом сырье должно содержать не менее 30 масс. % Аl2O3. Для получения сульфоферритного клинкера используют обычное сырье: известняк, огарки и гипс, однако, ввиду малого количества Аl2O3 в таком клинкере, он по своим свойствам не может заменить сверхбыстротвердеющий цемент. С помощью использования бокситов с повышенным содержанием оксидов железа (25–30 масс. %) на ОАО «Подольск-Цемент» был получен сульфатированный алюмоферритный клинкер, который по своим свойствам в начальные сроки твердения приближается к сульфоалюминатному, а по стойкости к сульфоферритному.

Читайте так же:
Характеристика минералов цементного клинкера

Известно, что при твердении алюмоферритов кальция в присутствии гипса образуется гидросульфоалюмоферриты кальция (ГСАФК) различного состава, отличающиеся своей морфологической формой [6]. При твердении в цементной композиции ГСАФК приводят к возникновению внутренних напряжений, обусловленных кристаллизационным давлением в процессе роста кристаллов, что используется при приготовлении составов расширяющихся и напрягающих цементов с использованием сульфоалюмоферритных клинкеров.

При гидратации сульфоалюмоферритов кальция с общей формулой С2+nF1–xAx•n,где x=0–0,8; n=0,3–0,6. Уже в первые сутки, по данным электронномикроскопических исследований, образуются крупные короткие призматические кристаллы, которые с увеличением времени гидратации укрупняются. На кривых ДТА проявляются эндотермические эффекты при температуре 160–180 °C; которые характеризуют дeгидратацию ГСАФК и эндотермические эффекты в интервале температур 730–770 °С, характеризующие разложение гидроалюмоферрита кальция состава С4(АF)H13. На рентгeнoграммах фиксируются дифракционные максимумы с d=9,8; 7,47; 2,49 мкм, характерные для гидросульфоалюмината кальция, и с d=8,02; 3,95; 2,94 мкм, характерные для гидроалюмоферрита кальция. Причем с изменением отношения A/F количественное соотношение между гидратными фазами при гидратации сульфоалюмоферритов кальция изменяется. Чем выше A/F, тем выше содержание ангидрита в их составе, что определяет образование большего количества и эттрингитоподобных фаз и, тем самым, большее расширение, а при определенных условиях армирование и уплотнение твердеющей системы. Результаты исследований процессов гидратации сульфатированных алюмоферритов кальция свидетельствуют о возможности применения сульфатированного клинкера для получения расширяющихся и напрягающих цементов, а также цементов с повышенной коррозионной стойкостью.

Для получения расширяющихся цементов на основе сульфоалюмоферритных клинкеров пердпочтителен раздельный помол компонентов при более тонком измельчении расширяющегося компонента с последующим смешением его с грубомолотыми портландцементным клинкером с гипсом. Безусадочные цементы с плотной и прочной структурой цементного камня готовятся совместным помолом сульфоалюмоферритного и портландцементного клинкеров. Подобная схема приготовления коррозионностойких цементов принята на ОАО «Подольск-Цемент».

Получаемые цементы имеют следующие строительно-технические свойства. Сроки схватывания цементов находятся в пределах характеристик обычного портландцемента (начало — 1–2 ч, конец — 3–4 ч), причем с увеличением отношения A/F в сульфоалюмоферритном клинкере начало схватывания наступает быстрее. Прочность цементного камня характеризуется быстрым нарастанием в первые сутки твердения (35–44 MПа), которое в последующие сутки несколько замедляется, что связано с интенсивным расширением и уплотнением структуры в этот период. Расширение цементов составляет 0,2 %, а самонапряжение — 1,5–2,0 МПа. В то же время образующийся гель гидроксида алюминия и низкоосновные гидросиликаты кальция способствуют повышению прочности цементного камня (к 28 сут. гидратации прочность достигает 85 МПа).

Исследования показали, что добавка сульфоалюмоферритного клинкера к портландцементу ускоряет его гидратацию. Степень гидратации бездобавочного цемента через 28 сут. составляет 67,4, а при введении 5 и 10 % сульфоалюмоферритного клинкера —77,7 и 79,2 соответственно.

Электронномикроскопические исследования сульфоалюмоферритных цементов показали, что структура камня очень плотная, поровое пространство заполняют эттрингитоподобные гидраты, цементные зерна сцеплены между собой гелеобразной массой, гидросиликаты хорошо закристаллизованы в виде мелких свернутых в трубочки пластинок. Bсe гидратные фазы находятся в тесном срастании, что приводит к увеличению прочности и плотности цементного камня. Обращает на себя внимание отсутствие больших участков с портландитовой структурой, характерной для гидроксида кальция при гидратации портландцемента, либо образование отдельных участков с мелкопластинчатым портландитом. Это связано с тем, что происходит усвоение образующегося при гидратации алита гидроксида кальция, так как сульфоалюмоферриты кальция более интенсивно гидратируют в присутствии ионов Сa2+, связывая их в гидроалюмоферритные фазы [8].

Рентгенографические исследования и дифференциальный термический анализ продуктов гидратации сульфоалюмоферритных цементов также показали, что в таких цементах количество Ca(OH)2 уменьшается с увеличением длительности твердения.

Добавка сульфоалюмоферритного клинкера в состав цемента приводит к снижению количеств Ca(ОН)2 в твердеющем цементе, причем до 14 сут. его количество возрастает, а затем остается неизменным (при 5 % САФК) или уменьшается (рис. 1).

Большая степень гидратации цементов с добавкой сульфоалюмоферритных клинкеров и высокая плотность цементного камня, в свою очередь, определяют высокую коррозионную стойкость сульфоалюмоферритных цементов. Коррозионную стойкость цементов изучали при воздействии на них 5%-ного раствора Na2SO4 и морской воды.

Рис. 1. Изменение относительной интенсивности линии Ca(ОН)2 в твердеющих цементах. 1 — бездобавочный портландцемент (ПЦ), 2 — ПЦ с добавкой 5 % САФ клинкера, 3 — ПЦ с добавкой 10 % САФ клинкера

Плотная структура цементного камня определяет высокую коррозионную стойкость образцов сульфоалюмоферритсодержащего цемента при воздействии на них 5%-ного раствора Na2SO4. Коэффициент стойкости цементов к 28 сут. достигает 1,15–1,3, что позволяет отнести разработанные цементы к сульфатостойким.

Читайте так же:
Расчет количества цемента для раствора калькулятор

Цементы, приготовленные с использованием сульфоферритных клинкеров, могут с успехом применяться в монолитном и сборно-монолитном строительстве. Бетоны на основе этого вяжущего обладают плотной структурой, повышенными водонепроницаемостью и морозостойкостью и особенно эффективны при применении тепловлажностной обработки.

Таким образом, используя сульфоалюмоферритный клинкер можно на его основе получать широкую гамму цементов, обладающих специальными свойствами, такие как: расширяющиеся и напрягающие цементы (НЦ-10, НЦ-20), цементы, обладающие высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

Литература:

1. Кривобородов Ю. Р., Самченко С. В. Физико-химические свойства сульфатированных клинкеров // Аналитический обзор ВНИИЭСМ. Цементная промышленность. — М., 1991.
2. Кузнецова Т. В. Алюминатные и сульфоалюминатные цементы. — М.: Стройиздат, 1986.
3. Кузнецова Т. В., Талабер Й. Глиноземистый цемент. — М.: Стройиздат, 1989.
4. Осокин А. П.. Кривобородов Ю. Р. Сульфожелезистые цементы и их свойства // Труды Московского химико-технологического института им. Д. И. Менделеева. — 1985.-Вып. 137. — С. 23–29.
5. Самченко С. В., Зорин Д. А. Влияние дисперсности расширяющегося компонента на свойства цементов // Техника и технология силикатов. — 2006. — Т. 13, № 2.
6. Самченко С. В. Роль эттрингита в формировании и генезисе структуры камня специальных цементов. — М., 2005.
7. Самченко С. В. Сульфатированные алюмоферриты кальция и цементы на их основе. — М., 2004.
8. Самченко С. В. Электронномикроскопические исследования цементного камня, подвергнутого сульфатной агрессии // Цемент и его применение. — 2005. — № 1. — С. 10–11.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка цемента можно познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок цемента в России» .

Автор: С. В. Самченко, А. Ю. Бурлов, Д. А. Зорин

Степень гидратации цемента формула

+7 (495)792-42-43 Посмотреть прайс-лист

midas@midas-beton.ru Заявка онлайн

Теплота гидратации цемента

Как и множество химических реакций, реакция гидратации клинкерных минералов имеет экзотермический характер, при этом цемент выделяет до 120 кал/г. Так как теплопроводность бетона сравнительно низка, то внутри массивных бетонных конструкций гидратация приводит к значительному подъему температуры. В то же время наружная часть бетонного массива теряет некоторое количество тепла, так что устанавливается резкий градиент температуры, что при последующем охлаждении внутренней части может привести к образованию трещин.

С другой стороны, тепловыделение при гидратации цемента может препятствовать замерзанию воды в капиллярах свежеуложенного бетона в холодную погоду, поэтому высокое тепловыделение в данном случае является положительным фактором. Ясно, что желательно знать величину тепловыделения различных цементов, чтобы выбрать наиболее подходящий вид цемента для каждого конкретного случая.

Тепловыделением называют количество тепла в калориях на грамм негидратированного цемента, выделяющееся при его полной гидратации при определенной температуре. Наиболее распространенный способ определения тепловыделения заключается в измерении теплоты растворения негидратированного и гидратированного цемента в смеси азотной и фтористоводородной кислот: разница между этими двумя величинами представляет тепловыделение гидратации. Этот метод описан в BS 1370:1947 и аналогичен методу стандарта ASTM С 186—55. Несмотря на то что особых трудностей эти испытания не представляют, необходимо предотвратить карбонизацию негидратированного цемента, так как поглощение 1% СОг приводит к явному снижению тепловыделения на 5,8 кал/г от общего тепловыделения 60—100 кал/г.

Строго говоря, суммарное тепловыделение складывается из тепловыделения химической реакции и тепловыделения в результате сорбции воды поверхностью геля, образуемого в процессе гидратации. Теплота сорбции составляет четвертую часть общего тепловыделения.

Для практических целей необходимо знать не общее тепловыделение, а скорость тепловыделения, которую можно легко измерить с помощью адиабатического калориметра.

езультаты исследований Богга показали, что обычные портландцементы выделяют около половины общего количества теплоты за 1—3 суток, около 3/4— за 7 суток и 83—91% за 6 месяцев. Тепловыделение зависит от химического состава цемента и представляет собой сумму теплот гидратации всех составляющих цемента. Из этого следует, что если известен состав цемента, его тепловыделение может быть определено с высокой степенью точности.

Ниже приведены типичные значения теплоты гидратации чистых клинкерных минералов. Следует отметить, что между тепловыделением и вяжущими свойствами каждого клинкерного минерала зависимости нет.

Вудс, Стейнор и Старк провели испытания ряда заводских цементов, и, используя метод наименьших квадратов, рассчитали участие тепловыделения каждого отдельного клинкерного минерала. Они получили уравнение следующего типа: тепловыделение 1 г цемента равно 136(C3S) + +62 (C2S) +200 (С3А) +30 (C4AF).

Так как в раннем возрасте гидратация отдельных составляющих протекает с различной скоростью, то скорость тепловыделения, так же как и общее количество тепла, зависит от состава цемента. Из этого следует, что снижением процентного содержания наиболее быстро гидрати-рующихся компонентов (С3А и C3S) скорость тепловыделения бетона в раннем возрасте может быть снижена. Тонкость помола цемента также влияет на скорость тепловыделения при гидратации: увеличение тонкости помола ускоряет реакции гидратации и выделение тепла, однако общее количество выделенного тепла не зависит от тонкости помола цемента.

Читайте так же:
Пенопластовые шарики с цементом

Влияние С3А и C3S на тепловыделение можно видеть на рис. 1.9 и 1.10. Для многих областей применения бетонов умеренное тепловыделение является положительным фактором и производство соответствующих цементов было организовано. Один из таких цементов — портландцемент с умеренной экзотермией — подробно рассматривается в следующей главе.

Расход цемента в смеси также будет влиять на общее количество выделяющегося тепла — это может быть использовано для регулирования тепловыделения.

Влияние других основных клинкерных минералов на рост прочности цемента недостаточно полно изучено. СзА способствует росту прочности цементного камня в возрасте 1—3 суток, но оказывает противоположное влияние в позднем возрасте, особенно в цементах с высоким содержанием С3А или (C3A+C4AF).

Влияние C4AF на рост прочности цемента также имеет спорный характер, хотя это влияние и является незначительным. Вероятно, коллоидное гидратированное соединение CaO-Fe2O3 осаждается на цементных зернах, что замедляет процесс гидратации других клинкерных минералов.

Зная влияние каждого клинкерного минерала на прочность цемента, можно предсказать прочность цемента на основе его минералогического состава.

Практически была изучена только роль силикатов. Влияние содержания C3S на прочность можно видеть из рис. 1.13, на котором приводится прочность стандартного раствора, приготовленного на цементах различного состава на различных заводах.

Оценка влияния других, несиликатных, клинкерных минералов на прочность весьма затруднительна. Согласно Ли, возможные несоответствия объясняются присутствием стекла в клинкере. Другими словами, наблюдаемые отклонения объясняются статистической природой явлений, в которых мы игнорируем влияние некоторых переменных. К тому же есть некоторые признаки, что аддитивность не может быть здесь достаточно полной.

Пауэре обнаружил, что некоторые продукты образуются на всех стадиях гидратации цементного камня; это следует из того, что для данного цемента поверхность гидратированного цемента пропорциональна количеству связанной воды независимо от В/Ц и возраста. Таким образом, степени гидратации каждого компонента в данном цементе одинаковы — это довольно неожиданный вывод, отличающийся от описанных ранее результатов испытаний по определению степени гидратации различных клинкерных минералов.

Если природа продуктов гидратации одинакова в любом возрасте, то тепловыделение на единицу веса гидратированного вещества должно быть постоянным в любом возрасте (рис. 1.14). Это положение выявлено Фербеком и Фостером. Хотя гипотеза о равных частичных скоростях гидратации еще противоречива, в настоящее время полагают, что в пределах лимитированного диапазона составов обычного и быстротверде-ющего портландцементов эта гипотеза в основном может быть использована. Однако поведение других цементов с более высоким содержанием C2S, чем обычные или быстротвердеющие цементы, не соответствует этой гипотезе. Экспериментальное определение теплоты гидратации показывает, что C3S гидратируется раньше, а некоторое количество C2S начинает гидратироваться позже.

Первоначальный каркас цементного камня, возникший во время схватывания, влияет в значительной степени на дальнейшую структуру продуктов гидратации, в особенности на трещиностойкость и интенсивность роста прочности. Следовательно, не удивительно, что существует определенная зависимость между степенью гидратации и прочностью. На рис. 1.15 показана эмпирическая зависимость между прочностью бетона при сжатии и содержанием связанной воды в цементном камне при В/Ц = 0,25. Эти данные согласуются с наблюдениями Пауэрса за отношением гель: пространство, согласно которым повышение прочности цементного камня есть функция увеличения относительного объема геля независимо от возраста, В/Ц или минералогического состава цемента. Однако общая величина поверхности твердой фазы связана с минералогическим составом цемента, который влияет на фактическую величину конечной прочности.

Влияние второстепенных составляющих на прочность цементного камня пока недостаточно исследовано, так как считали, что эти составляющие не имеют важного значения для прочности бетона. Предполагают, что КгО замещает одну молекулу СаО в C2S с соответствующим повышением содержания C3S против расчетного.

Последние данные по изучению влияния щелочей на прочность показали, что рост прочности в возрасте свыше 28 суток зависит от содержания щелочей: чем больше щелочей содержится в цементе, тем меньше прирост прочности. Данных о влиянии щелочей на интенсивность роста прочности цемента в возрасте до 28 суток нет.

Известно, что щелочи взаимодействуют с так называемыми реакционноспособными заполнителями; в этих условиях ограничивают содержание щелочей в цементе до 0,6% (в расчете на Na2O). Такие цементы иногда называют низкощелочными цементами.

Можно видеть, что щелочи — немаловажный компонент цемента, однако данные об их роли недостаточно полны.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector