Теория твердения цемента

Цементное тесто, приготовленное путем смешивания цемента с водой, имеет три периода твердения. Вначале, в течение 1-3 ч после затворения цемента водой, оно пластично и легко формуется. Потом наступает схватывание, заканчивающееся через 5-10 ч после затворе­ния; в это время цементное тесто загустевает, утрачивая подвиж­ность, но его механическая прочность еще невелика. Переход загус­тевшего цементного теста в твердое состояние означает конец схва­тывания и начало твердения, которое характерно заметным возраста­нием прочности. Твердение бетона при благоприятных условиях длится годами - вплоть до полной гидратации цемента.

Рассмотрим химические реакции в процессе твердения цемента. В насыщенном растворе Са(ОН)2 эттрингит сначала выделяется в коллоидном тонкодисперсном состоянии, осаждаясь на поверхности частиц ЗСаОА1203, замедляет их гидратацию и затягивает начало схватывания цемента. Кристаллизация Са(ОН)2 из пересыщенного раствора понижает концентрацию гидроксида кальция в растворе, и эттрингит уже образуется в виде длинных иглоподобных кристаллов. Кристаллы эттрингита и обусловливают раннюю прочность затвер­девшего цемента. Эттрингит, содержащий 31-32 молекулы кристал­лизационной воды, занимает примерно вдвое больший объем по сравнению с суммой объемов реагирующих веществ (С3А и сульфат кальция). Заполняя поры цементного камня, эттрингит повышает его механическую прочность и стойкость. Структура затвердевшего це­мента улучшается еще и потому, что предотвращается образование в нем слабых мест в виде рыхлых гидроалюминатов кальция.

Четырехкальциевьй алюмоферрит при взаимодействии с водой расщепляется на гидроалюминат и гидроферрит. Гидроалюминат связывается добавкой природного гипса, как ука­зано выше, а гидроферрит входит в состав цементного геля.

Сразу после затворения цемента водой на­чинаются химические реакции. Уже в начальной стадии процесса гидратации цемента происходит быстрое взаимодействие алита с водой с образование гидросиликата кальция и гидроксида. После затворения гидроксид кальция образуется из алита, так как белит гидратируется медленнее алита и при его взаимодействии с водой выделяется меньше Са(ОН)². Взаимодействие трехкальциевого алюмината с водой приводит к образованию гидроалюмината кальция. Для замедления схватывания при помоле клинкера добавляют не­большое количество природного гипса (3-5% от массы цемента). Сульфат кальция играет роль химически активной составляющей цемента, реагирующей с трехкальциевым алюминатом и связываю­щей его в гидросульфоалюминат кальция (минерал эттрингит) в на­чале гидратации портландцемента.