Химическая теория твердения цемента

Портландцемент производят из клинкера, который получается при нагревании смеси специальной активированной глины и извести до температуры 1450 градусов Цельсия.

Это вещество по своей химической природе представляет собой смесь двойных оксидов кальция, алюминия, железа и кремния. Гидратация каждого из этих окислов в составе клинкера протекает по-своему, поэтому процесс твердения цемента представляет собой многоступенчатый процесс.

Как ведут себя компоненты клинкера при твердении цемента?

После смешивания молотого цемента с водой запускается механизм гидролиза кальцийсодержащих минералов клинкера. В результате у жидкой фазы растет показатель кислотности. Поэтому все дальнейшие процессы происходят в условиях щелочной среды.
Наибольшая массовая доля в цементном клинкере приходится на трехкальциевый силикат, в кристаллической решетке которого присутствуют ионы магния, алюминия и железа. Эта часть называется «алит» и именно она из-за высокой реакционной способности с растворителем играет ключевую роль в наборе прочности на момент 28-х суток.
Меньшая часть (порядка 30%) принадлежит белиту -  двукальциевому силикату. Он во взаимодействие с водой вступает неохотно, а сами реакции протекают медленно. За счет этой особенности белит на процессы первоначального схватывания и полного твердения к трехнедельному сроку практически не влияет. Зато он определяет набор прочности уже после достижения цементом проектного возраста.
Суммарно около 20% в объеме клинкера принадлежит алюминатной и алюмоферритной фазам. Первая представляет собой трехкальциевый алюминат с включениями ионов кремния, железа, натрия и калия. Вторая - четерехкальциевый алюмоферрит переменного соотношения алюминий-железо. Алюминаты чрезвычайно активно связываются с водой, тем самым настолько излишне ускоряют схватывание, что требуется ввод контролирующего агента. Алюмоферриты более инертны в отношении воды, скорость взаимодействия находится на среднем уровне между алитом и белитом.

Итоги процесса

В гидратации всех составляющих клинкера участвует порядка 60% от всего объема растворителя, имеющегося в системе. Оставшиеся 40% первое время будут находится в пустотах и порах твердеющего слоя, позднее эта вода попросту испариться.
Химический анализ твердой части показывает, что цемент после набора прочности представляет собой комплекс стойких к воде и другим средам веществ. Однако этот момент не объясняет причины столь высокой прочности полученного материала. Суть этого явления объясняется физикой механизма твердения, о которой мы расскажем в одной из следующих публикаций.

Просмотров: 2429

Дата: Понедельник, 05 Февраля 2018