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:.
I | I-a | |
---|---|---|
2CaO⋅SiO2 | 3CaO⋅SiO2 | |
↓ медленно | ↓ умеренно | |
2CaO⋅SiO2⋅aq | 2CaO⋅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 |
||
IV | IV-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 |
|
V | V-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 |
|
VI | VI-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: