Структура цементного камня

Отвердевший цементный камень представляет собой микроскопически неоднородную систему, состоящую из кристаллических сростков и гелеобразных масс, представленных частицами коллоидных размеров. Неоднородность структуры цементного камня усиливается и тем, что в нем имеется непрореагировавшая часть клинкерных зерен, содержание которых с течением времени уменьшается. По аналогии с обычным бетоном такую неоднородную систему цементного камня. В. Н. Юнг назвал «микробетоном».Существенно влияют на структуру цементного камня гипс и гидравлические добавки, так как их зерновой состав разнообразен, и образуются новые продукты в результате их реакции с клинкерными компонентами цементного камня. Рационально подбирая минералогический состав клинкера и состав цемента с необходимым содержанием отдельных клинкерных минералов, дающих при твердении цементного камня то кристаллические сростки, то гелевую структурную составляющую, можно воздействовать на структуру и физикомеханические свойства цементного камня и бетона в необходимом направлении.Различие в физикомеханических свойствах кристаллического и коллоидного гелеобразного вещества является одной из причин влияния минералогического состава клинкера на некоторые основные строительные свойства цемента: деформативность, стойкость при переменном замораживании и оттаивании, увлажнении и высушивании. Это позволяет путем рационального подбора минералогического состава клинкера регулировать свойства портландцемента и получать цемент, по качеству удовлетворяющий конкретным эксплуатационным условиям.На структуру бетона оказывает значительное влияние пористость цементного камня, связанная с начальным содержанием воды в бетонной смеси и воздухововлечением при ее приготовлении. Для получения удобоукладываемой бетонной смеси в нее вводят в 2—3 раза больше воды, чем химически связывается цементом в процессе твердения. Количество воды, вступающее в химическую реакцию с цементом, при благоприятных условиях твердения составляет 15—20% веса цемента, а для получения удобоукладываемой смеси требуется 40—60% воды. Таким образом, большая часть воды затворения оказывается в свободном состоянии и образует в затвердевшем камне множество мелких пор. Поэтому всегда стремятся применять бетонные смеси с минимальным содержанием воды с целью получения наиболее плотной структуры цементного камня, что также повышает его прочность и морозостойкость.Структура цементного камня, а именно наличие пор и гелеобразного вещества, обусловливает склонность его к влажностным деформациям: при увлажнении он разбухает, а при высушивании дает усадку. Знакопеременные сжимающие и растягивающие напряжения, вызываемые изменением влажности окружающей среды, расшатывают структуру цементного камня и понижают прочность бетона. Степень влажностных деформаций зависит от соотношения гелеобразных и кристаллических фаз в цементном камне: с увеличением последней стойкость камня в таких условиях (называемая воздухостойкостью) повышается. В отличие от рассмотренных далее пуццолановых портландцементов обыкновенный портландцемент отличается высокой воздухостойкостью.