Физико-химические процессы, протекающие при твердении портландцемента.

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Получают его тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси (известняк и глина), обеспечивающей преобладание в клинкере силикатов кальция. Спекшуюся сырьевую смесь в виде зерен размером до 40мм называют клинкером.

Химический состав портландцементного клинкера характеризуется следующим содержанием основных окислов,%:

Окись кальция СаО …………………..63-67;

Кремнезем SiO₂………………………….21-24;

Глинозем Al₂O₃……………………………4-7;

Окись железа Fe₂O₃……………………..2-5.

Повышенное содержание окиси кальция обуславливает увеличение скорости твердения портландцемента, его высокую прочность и несколько пониженную водостойкость.

Повышенное содержание Al₂O₃ способствует ускоренному твердению цемента в первые сроки, но цемент характеризуется пониженными водостойкостью, сульфатостойкостью и морозостойкостью. Окись железа способствует снижению температуры спекания клинкера и росту стойкости цемента к действию сульфатных вод.

При твердении портландцемента происходит ряд сложных физико-химических процессов. Процесс твердения портландцемента в основном определяется гидратацией силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция.

Твердение потртландцемента по А. Байкову (1923г.) включает три периода:

1. Вяжущее растворяется в воде до образования насыщенного раствора.

2. Период коллоидации или схватывания – характеризуется прямым присоединением воды к твердой фазе вяжущего и возникновением гидратных соединений высокой коллоидной дисперсности без промежуточного растворения исходного материала; одновременно происходит схватывание массы;

3. Период кристаллизации и твердения – когда гелеобразные новообразования перекристаллизовываются и превращаются

в кристаллический сросток, что сопровождается твердением системы и нарастанием её прочности.

Твердение портландцемента сопровождается равномерным изменением его объема. Если процесс протекает на воздухе, то за счет испарения влаги возможно уменьшение объема, а при твердении в воде идет обратный процесс – набухание. Особенно опасна усадка, в результате которой в затвердевшем бетоне могут появляться трещины. Для предупреждения усадочных деформаций твердение бетона должно проходить во влажной среде. Если испариться вода, то твердение бетона практически прекратится.