Процессы твердения минеральных вяжущих веществ

Твердение вяжущих веществ можно представить в виде общей схемы гидратационного твердения.

Гидратационным твердением называют твердение, которое происходит в результате взаимодействия вяжущего с водой. При этом безводные исходные вещества превращаются в гидраты, образующиеся гидратные новообразования кристаллизуются, их кристаллы перепле­таются и разрастаются, образуя, прочное камневидное тело.

Процесс гидратационного твердения представляет собой совокупность последовательно и параллельно протекающих процессов.

Принято раз­личать два периода: схватывания и собственно твердения. Это деление условно, но оно удобно для практических целей.

Началу схватывания соответствует момент, когда вяжущее тесто, обладающее пластичностью, начинает густеть и теряет пластичность. Далее вяжущее тесто все больше и больше густеет и постепенно превращается в твердое тело, еще не обладаю­щее заметной прочностью. Этот момент считают концом схватыва­ния. В дальнейшем в результате продолжающихся химических и физико-химических процессов происходит собственно твердение материала, которое сопровождается ростом прочности.

Гидратационное твердение минеральных вяжущих веществ представляет собой совокупность последовательно и параллельно протекающих процессов растворения исходных вяжущих материалов и выделения (выкристаллизовывания) соединений в форме гидратов.

Процесс растворения минеральных вяжущих веществ является многостадийным, гетерогенным, а следовательно, зависит от степени дисперсности материала (с увеличе­нием удельной поверхности скорость растворения увеличивается) и от температуры.

На него можно влиять и с помощью химических добавок (при введении одноименных ионов растворимость уменьша­ется, а при связывании одного из ионов вяжущего вещества в слабый электролит – увеличивается). Вяжущие вещества образуют насыщенные растворы, которые являются пересыщенными относи­тельно продуктов их гидратации, т.е. продукты гидра­тации имеют меньшую растворимость, чем исходные вещества, в результате чего начинают кристаллизоваться продукты гидратации вяжущего вещества.

Скорость образования и роста кристаллов значительно повышается, если в вяжущее вещество ввести тонкоизмельченную добавку того же состава, что гидратное новообразование, (частички добавленного вещества будут готовыми центрами кристаллизации).

При структурообразовании искусственного камня последова­тельно возникают три типа структур твердения.

Коагуляционные структуры – структуры, образованные за счет энергии межмолекулярного притяжения. Между кристаллами гидратных новообразований имеется тонкая устойчивая прослойка воды (дисперсионная среда). Характерные признаки коагуляционных структур следующие:

а) тиксотропия. После механического разрушения такие структуры самопроизвольно полностью восстанавливаются, причем возможно обратимое неоднократное восстановление системы;

б) слабо выраженная эластичность.

Условно-коагуляционные (точечные) структуры. Между кристалогидратами возникают точечные контакты. Эти структуры намно­го прочнее коагуляционных; в этих точечных контактах кристаллы срастаются. Материал теряет подвижность (происходит схватывание).

Кристаллизационные структуры. Они принципиально отлича­ются от предыдущих структур тем, что представляют собой наиболее проч­ные контакты прямого срастания.