Есть ли способы ускорения набора прочности цементным

камнем?

45. Реакции гидратации идут быстрее при повышении температуры раствора до 60-70°С. Ускоряют твердение химические добавки: карбонаты и сульфаты металлов, хлорид кальция, а также некоторые органические вещества.

46. Что дает добавка гипса при помоле клинкера?

46. Добавка гипса (не более 3,5% SO3) замедляет сроки схватывания цемента до 45-60 мин. За это время можно хорошо уложить бетонную смесь, перевезти ее к месту бетонирования.

47. Почему в жаростойкие составы на цементном вяжущем вводят активную минеральную добавку?

47. Под воздействием высокой температуры (дымовая труба) из кристаллогидратов цементного камня уходит вода, гидроксид кальция переходит в СаО, который в случае увлажнения опять превращается в кристаллогидрат с увеличением в объеме и потерей прочности. Поэтому в жаростойкие составы вводят тонко измельченные активные минеральные добавки (шлаки, золы, вулканические породы и др.), которые при высокой температуре вступают в химическое взаимодействие с СаО, связывая ее в гидросиликаты и гидроалюминаты кальция.

48. Какие размеры имеют частички цемента?

48. Цементный клинкер представляет собой твердые спекшиеся гранулы, кот-рые при помоле в шаровой мельнице превращаются в тонкий порошок. Цементные минералы, из которых состоит клинкер, имеют разное содержание извести, алюминатов, силикатов, железа. Каждый минерал имеет разную прочность, поэтому при одном времени помола разные минералы распадаются на частички разной величины: от <5 мкм до 40 и более мкм, которые в свою очередь имеют разные сроки гидратации.

49. Зависят ли сроки схватывания цемента от его минералогического состава, добавок?

49. Зависят. Быстрее других начинают реагировать с водой затворения алюминаты, затем алит. Медленнее других реагирует с водой белит, где больше кремнезема. Поэтому глиноземистые цементы с большим содержанием алюминатов твердеют быстро. Алитовый цемент, в котором содержится повышенное количество минерала алита, – быстротвердеющее вяжущее.

50. Как меняется водопотребность цемента при введении в него активной минеральной добавки?

50. Водопотребность растет, так как все минеральные добавки тонко измельчены, кроме того они пористы и требуют для смачивания своей удельной поверхности большого количества воды затворения.

51. Сколько процентов активной минеральной добавки вводят в цемент при помоле клинкера, почему?

51. В портландцемент до 16-20% для связывания свободной СаО при реакции гидратации цемента. В случае введения большего количества получают специальные цементы: пуццолановый и шлакопортландцемент.

52. Как образуются активные минеральные добавки? За счет чего они становят-ся активными?

52. Активными становятся минеральные составы, когда им нет возможности сформировать полную кристаллическую решетку, т.е. при быстром охлаждении расплава, или когда остатки живых организмов (водорослей, моллюсков), накапливающих в процессе жизни карбонаты и силикаты в скелете (диатомиты, трепелы), или если это вулканические породы, шлаки, золы. В их кристаллической решетке есть гидраты, которые легко взаимодействуют с активной известью в бетонной смеси.

53. Когда весь цемент заменяют активной минеральной добавкой, частично инертной, с чем такой состав может реагировать? Как такая смесь называется?

53. Активная минеральная добавка вступает в химическое взаимодействие с СаО, поэтому часть цемента заменяют на эту добавку. Когда нет цемента в смеси, то рассчитывают на эту реакцию. Но для повышения активности всего кремнезема, даже инертного (песок), надо повысить его растворимость, для чего повышают не только температуру до 175-200°С, но и давление (в автоклаве), а также частично размалывают песок, тогда он быстрее реагирует с известью. Так делают бетон без вяжущего на известково-кремнеземистых смесях.

54. Как твердеют известково-кремнезёмистые смеси? Как заставить вступить в химическое взаимодействие составляющие? При каких условиях?

54. Известково-кремнеземистые смеси (известково-шлаковые, известково-пуццолановые) получают совместным помолом компонентов приблизительно в соотношении 30:70 для бетонов, 10:90 – для силикатного кирпича и 7:93 – для штукатурного раствора. Расход воды – в соответствии со способом уплотнения. Смесь должна быть однородна. При термической обработке растворимость кремнезема становится выше растворимости извести. В насыщенном растворе ионы≡SiОН соединяются с ионами Са++, формируя новообразования, склонные к образованию коллоидной структуры. Начинается рост кристаллогидратов. Формируется твердая фаза. В конечном итоге образуются низкоосновные гидросиликаты (0,8-1,5) СаО·SiO2·nН2О, обеспечивающие хорошую прочность.

55. Как определяют нормальную густоту цементного теста? Гипсового?

55. Для цементного теста нормальной густотой считается тесто, в которое пестик прибора Вика опускается, не доходя до дна на 5-7 мм. Гипсовое тесто имеет нормальную густоту, когда расплыв лепешки на приборе Суттарда достигает 18 см в диаметре.

56. Какие новообразования возникают при гидратации портландцемента?

56. При взаимодействии алита с водой образуются:

2(3CaO·SiO2) + 6H2O = 3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2;

при гидратации белита: 2(2CaO·SiO2)+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2;

трехкальциевый алюминат реагирует:

3CaO·Al2O3 + 6H2O = 3CaO·Al2O3·6H2O.Присутствующий в цементе гипс реагирует с алюминатом, образуя крупные кристаллы эттрингита:

3CaO·Al2O3+3(СаSO4·2H2O)+26H2O=3CaO·Al2O3·3СаSO4 ·32H2O.

Четырехкальциевый алюмоферрит при высокой щелочности дает: 4СаО Al2O3·Fe2O3+m H2O=3CaO·Al2O3 ·6H2O+ СаО·Fe2O3·n H2O.

C изменением щелочности и времени гидратации происходит укрупнение кристаллогидратов, рост прочности.

57. Какие минералы образуются при гидратации расширяющегося и напрягающего цемента?

57. В составе расширяющегося цемента портландцемент составляет 58-63% по массе, остальное – алюмосодержащие компоненты (глиноземистый шлак), активная минеральная добавка и гипс – до 10-30%. Сразу после затворения водой алюминаты реагируют с гипсом, образуя гидросульфоалюминаты кальция, увеличивающиеся в объеме в 2 раза. Кроме эттрингита образуется еще трехсульфатная форма гидросульфоферрита и гидросиликаты кальция. Если смесь твердеет в замкнутом пространстве, то возникает эффект напрягающего цемента, когда расширяющейся смеси мало места, она самоуплотняется и сжимает арматуру.

58. Почему цемент называют сульфатостойким? Для каких условий работы он предназначен?

58.Сульфатостойкий цемент имеет пониженное содержание алюминатов, которые активно взаимодействуют с сульфатами, содержащимися в агрессивной среде (Ш вид коррозии). При этом образуется эттрингит, которому в затвердевшем цементном камне негде размещаться, и он разрушает капиллярную структуру цементного камня. Сульфаты могут содержаться в морской или сточной воде, отходах промышленности. Поэтому для таких условий в це-менте снижают содержание алюминатов. Такой цемент называют сульфатостойким.

59. Какие капилляры при твердении цементного камня формируются? Связаны ли их размеры с водопотребностью? С водоцементным отношением?

59.Как известно, общая пористость в цементном камне складывается из пор геля, капиллярных и воздушных пор. Поры геля и микрокапилляры (контракционные поры) имеют размер <10-5см или <1000Å. Это те поры, которые формируются новообразованиями, их от 28 до 40% от общей пористости. Капиллярные поры формируются от размещения свободной воды, т.е. лишней воды, не участвующей в гидратации. Они имеют размер от 10-5см до 10-2см, их бывает в зависимости от В/Ц 60-80%. Воздушные поры образуют от вовлечения воздуха при перемешивании с водой и с добавками. Их всего 2-5%, они обособлены, распределены по всему объему и имеют размер >10-2см. Чем больше водопотребность цемента, тем больше В/Ц, тем больше свобод-ной от гидратации воды участвует в формировании пористого пространства, тем больше образуется капиллярных пор.

60. Как сформировать более морозостойкую структуру цементного камня? Какие поры должны преобладать?

60.Капиллярных пор в цементном камне больше, так как их формирует «лишняя» вода. Водоцементное отношение всегда больше количества воды, требующегося для гидратации цемента. Эти поры крупнее микропор и пор геля, в них может быть вода, поступающая извне, так как по капиллярам она легко проникает в бетон и там, в случае понижения температуры, замерзает. В более крупных капиллярах она замерзает при 0°С и ниже, в более мелких – при более низкой температуре. Так, в капиллярах диаметром 70 мкм вода замерзает при - 13,4°С, с диаметром 29 мкм уже при - 17,8°С, диаметром 11 мкм при – 30°С, а в каппилярах диаметром 1 мкм вода замерзает при -36°С. Таким образом, чем больше мелких капилляров и пор, тем ниже температура замерзания воды, тем выше морозостойкость камня. В микрокапиллярах она может замерзать ниже – 40°С, а в порах геля вообще не замерзает. Воздушные поры обособлены и потому в них может не быть добавления воды, так как она туда без наличия давления не может проникнуть. Поэтому такие поры являются спасительными, если камень полностью не насыщен водой. В эти поры при замерзании может отжиматься вода, и мороз не нарушит капиллярную структуру цементного камня. Таким образом, самыми опасными для морозостойкости являются капиллярные поры, и чем их меньше, тем более морозостоек камень. Чем больше новообразований, тем больше капиллярных пор становится водонепроницаемыми. Количество новообразований связано со степенью гидратации. Чем больше времени шли процессы твердения, тем больше степень гидратации, тем больше появилось новообразований, пор геля и микрокапилляров, тем более морозостойкой стала структура. Способствует повышению морозостойкости и распределенные по объему воздушные поры, так как они обособлены, не связаны с капиллярами, не заполняются при насыщении материала водой, но служат резервным пространством, куда вода отжимается, увеличиваясь в объеме при замерзании. Поэтому воздухововлекающие добавки также способствуют повышению морозостойкости цементного камня.

61. Как реагируют с водой частички цемента, когда они прореагируют полностью? Сколько воды необходимо для гидратации?

61.Цементные частички имеют разные размеры и разную активность при взаимодействии с водой. Алюминаты наиболее активны и первыми реагируют, образуя рыхлый слой гидратов, вступающих в реакцию с сульфатом кальция, формируя крупные кристаллы эттрингита. Алюминаты кальция – самые легкие минералы, они легко дробятся. Гидролиз алита и его гидратация так-же начинается сразу после затворения цемента водой, образуются гидросиликаты кальция и гидроксид кальция, обеспечивающие высокую щелочность в растворе. Белит и четырехкальциевый алюминат реагируют медленнее, они обеспечивают прочность за более длительное время. Кроме того, это самые твердые минералы цементного камня, поэтому они составляют большую часть крупных зерен цемента. Образующиеся гидросиликаты кальция формируются на зерне, увеличивая его размер при полной гидратации в 2,4 раза. Но достичь полной гидратации всех зерен цемента не удается, так как продукты гидратации плотной оболочкой закрывают середину зерна от во-ды, не пускают ее внутрь, и зерно, особенно крупное, остается непрогидратированным. В дальнейшем при изменении щелочности появляются микрокапиллярные пространства, так как происходит перекристаллизация гидросиликатов кальция и вода может поступать к центру цементной частички, но ее к этому времени уже может не быть, так как идут процессы гидратации, испарения влаги. Поэтому за свежеуложенным бетоном надо ухаживать, он должен быть во влажных условиях. И все равно крупные зерна цемента, гидратируясь с поверхности, остаются негидратированными на десятилетия. Степень гидратации зерен цемента никогда не бывает равна 1, всегда меньше. На химическую реакцию цемента необходимо всего 17% воды затворения, учитывая неполную степень гидратации, – даже 15%. Но сделать однородной и удобоукладываемой смесь цемента с таким количеством воды не-возможно. Поэтому воды берут больше, но даже большего ее количества не-достаточно на длительный срок гидратации: цементный камень высыхает. Поэтому для определения марочной прочности образцы цементного камня держат 27 суток в воде, чтобы они набрали максимальную прочность. И в этих условиях (к 28 суткам твердения) полностью прогидратируют с водой только зерна размером <20 мкм, к 6 месяцам – зерна <30 мкм. Медленнее всех гидратируется белит, к 28 суткам твердения достигает глубины гидратации всего лишь на 1 мкм. Около 40% зерен остаются непрогидратированными.

62. При гидратации цемента образуются гелевая составляющая и кристаллическая фаза. Какой способ твердения увеличивает ту или другую фазу? Как это сказывается на свойствах цементного камня?

62.Отвердевший цементный камень – конгломерат, состоящий из кристаллических сростков, гелеобразных масс (субмиккрокристаллов), непрореагировавших зерен цемента и пор – капилляров. Этот конгломерат называют микробетоном. Он находится в изменяющихся условиях, степень гидратации растет, удельная поверхность новообразований увеличивается, идут два противоположных процесса: 1) накопление новообразований, контактов; 2) старение геля – укрупнение кристаллов, усадка, трещинообразова-ние. При повышении температуры процесс гидратации ускоряется, появляется больше кристаллической фазы, прочность быстро растет. При автоклавной обработке в реакцию вступают инертные добавки, образуется крупнокристаллическая структура с большим количеством дефектов, подверженная карбонизации в большей степени, чем другие. Поэтому изделия на цементном вяжущем не прогревают в автоклаве. Самый плотный цементный камень образуется при твердении в нормальных условиях, когда новообразования в виде геля заполняют капиллярное пространство. Коэффициент проницаемости геля очень мал. Но такой цементный камень имеет большую ползучесть, так как она связана с вязкостью гелевой составляю-щей. Высушивание уменьшает ползучесть, но увеличивает опасность трещинообразования. Таким образом, увеличивая тепловой обработкой кристаллическую фазу в цементном камне, мы повышаем прочность и стой-кость. Увеличивая гелевую составляющую при мягких режимах твердения, мы делаем его водонепроницаемым.

63. Зависит ли водопроницаемость цементного камня от В/Ц цементного теста?

63.Водопроницаемость цементного камня определяется пористостью, наличием трещин. Чем больше В/Ц, тем больше сквозных капилляров, пропускающих или всасывающих воду.

64. По мере гидратации цементного зерна как изменяется его удельная поверх-ность? Что при этом происходит с капиллярами? С гелем?

64.С ростом новообразований удельная поверхность растет. И чем больше геля, тем выше удельная поверхность. Образующийся при гидратации гель размещается в поровом пространстве цементного камня, оно постепенно зарастает. Чем выше В/Ц, тем больше капилляров, тем больше времени надо для их зарастания. Так, с В/Ц=0,3 необходимо 3 суток для заполнения капиллярного пространства. При В/Ц=0,4 – 7 суток; при В/Ц=0,45 – 14 суток; В/Ц=0,5 – 3 месяца; В/Ц=0,6 – требуется полгода и В/Ц=0,7 – год.

65. Связана ли пористость цементного камня с его водопотребностью? На ка-ком цементе можно получить самый плотный цементный камень?

65.Водопотребность цемента напрямую связана с пористостью, так как чем она выше, тем больше пор формируется. Водопотребность характеризует потребность воды для образования теста нормальной густоты, а это зависит от состава цемента и его дисперсности. Чем больше в цемент вводят пуццолановых добавок, тем выше становится его удельная поверхность, а значит, увеличится количество воды для получения теста нормальной густоты. По-этому, наименьшая водопотребность у чистоклинкерного портландцемента. На этом вяжущем можно получить наиболее плотный цементный камень. Его водопотребность 22-24%, с добавками – до 32%.

66. Увеличится ли пористость цементного камня с увеличением тонкости помо-ла цемента?

66.Чем тоньше помол цемента, тем выше его удельная поверхность, тем больше воды надо для получения теста нормальной густоты. А чем больше воды, тем больше пористость.

67. От чего зависит количество капилляров в структуре цементного камня? 68. Формы связи воды в капиллярной структуре.

67.Количество капилляров зависит от количества воды затворения, способа укладки бетонной смеси.