Твердение портландцемента

При смешивании портландцемента с водой образуется пластичное тесто, сохраняющее свою удобообрабатываемость в течение 1... 3 ч. Постепенно тесто начинает загустевать, утрачивая пластичность — оно схватывается. В это время при механических воздействиях тесто способно обратимо разжижаться. Конец схватывания цементного теста наступает через 5... 10 ч после затворения. К этому моменту тесто переходит в твердое состояние и начинается заметный рост прочности цементного камня. При благоприятных условиях твердение продолжается годами до полной гидратации цемента.

В основе твердения портландцемента лежат химические реакции гидролиза (разложения водой) и гидратации (присоединения воды) клинкерных минералов. В качестве примера рассмотрим вза?имодействие с водой алита. Основной продукт взаимодействия — гидросиликат кальция — обладает чрезвычайно малой растворимостью и выделяется из образовавшегося раствора в виде мельчайших коллоидных частичек, складывающих цементный гель. При дальнейшей гидратации часть коллоидных новообразований переходит в кристаллическое состояние с последующим ростом отдельных кристалликов и образованием кристаллических сростков.

Аналогично происходит твердение C2S, C3A и C4AF с образованием практически нерастворимых гидросиликата, гидроалюмината и гидроферрита кальция. Основное различие между минералами в скорости взаимодействия с водой, т.е. в скорости твердения. Быстрее других реагирует с водой С3А. Кристаллизующийся гидроалюминат кальция образует рыхлую пространственную структуру и вызывает преждевременное загустевание цементного теста.

Для замедления схватывания в цемент добавляют небольшое количество двуводного гипса, который, связывая химически С3А, предотвращает образование гидроалюмината кальция. Только после того, как будет израсходован весь присутствующий гипс (обычно 1 ...2 ч), начнется образование гидроалюмината кальция, приводящее к схватыванию цементного теста.

Вода проникает в глубь цементных зерен очень медленно, поэтому в цементном камне долгое время сохраняется «клинкерный фонд» — не прореагировавшие с водой частицы цемента. Этим объясняется длящийся месяцы и годы рост прочности цементных материалов в теплых и влажных условиях. При высыхании или замерзании цементного камня твердение практически прекращается. Нарастание прочности цементных материалов со временем замедляется. Поэтому марку цемента оценивают по прочности, набираемой за первые 28 сут твердения.

Воды для полной гидратации портландцемента требуется 24... 28 % его массы. Эта вода входит в состав новообразований и находится в химически связанном состоянии. Для получения удобоукладываемых растворных и бетонных смесей воды требуется значительно больше (50...70%). Несвязанная химически вода со временем испаряется, и в цементном камне образуется система мельчайших капиллярных пор, отрицательно влияющих на прочность, морозостойкость и т.д.