|
Твердение гипса. При затворепии
гипсового вяжущего водой происходит переход полуводного гипса в дву- водный
по схеме CaS04-0,5H20+l,5H20 = CaS04-2H20. Растворимость двугидрата в 5 раз
меньше растворимости полугидрата. Поэтому возникший насыщенный раствор
полугидрата оказывается пересыщенным по отношению к двугидрату. Из него
начинают выпадать мельчайшие частицы твердого двуводного гипса. Накапливаясь,
они начинают склеиваться между собой и масса постепенно загустевает
(схватывается). Кристаллы на- пачинают расти, переплетаться между собой,
количество контактов между ними увеличивается и прочность растет. Высыхание
гипса способствует росту прочности. Однако увеличивать температуру сушки выше
65 °С нельзя, так как может произойти обратный процесс — дегидратация
двуводного гипса.
По теории А. А. Байкова, твердение гипса условно можно
разделить на три периода. Первый — смешение с водой, растворение полугидрата
и образование насыщенного раствора. Второй — взаимодействие воды с полуводным
гипсом с прямым присоединением ее к твердому веществу, в результате
получаются высокодисперсные кристаллы двуводного гипса в виде коллоидной массы.
Третий — перекристаллизация частичек коллоидных размеров и образование более
крупных кристаллов. Это приводит к затвердению массы и росту ее прочности.
Теория А. А. Байкова применима ко всем минеральным вяжущим веществам,
образующим гидратные соединения.
Все эти процессы не изолированы по времени друг от друга.
Они проходят одновременно и накладываются один на другой. В одно и то же
время происходит и образование кристаллов коллоидных размеров, и их рост
(перекристаллизация). Сушка ускоряет процесс затвердевания.
Твердение извести. Различают три типа твердения извести и
изделий на ее основе: карбонатное, гидратное и гидросиликатное.
Карбонатным твердением называют процесс постепенного
затвердевания растворных или бетонных смесей на основе гашеной извести при
воздействии на них углекислоты. Проходит он в воздушно-сухих условиях или
специальных камерах с повышенным содержанием углекислоты. При этом происходят
кристаллизация гидрок- сида кальция из насыщенного водного раствора и
образование карбоната кальция: Са(0Н)2 + С02 + /гН20 = = СаС03+(/г+1)Н20.
Процесс этот в естественных условиях протекает медленно и
длится десятилетиями. Карбонизация начинается
с поверхностных слоев. Образующийся плотный слой
углекислого газа препятствует дальнейшему доступу С02 к внутренним слоям
раствора или бетона. Выделяющаяся вода препятствует высыханию материала и
росту прочности.
Гидратным твердением называют процесс постепенного
превращения в твердое камневидное тело известковых растворов н бетонов на
молотой негашеной извести в результате взаимодействия такой извести с водой н
образования Са(ОН)2. Твердение и рост прочности я данном случае обусловлены
накоплением кристаллов Са(ОН) 2, срастанием их и последующим высыханием.
В процессе хранения изделий на основе негашеной извести на
воздухе происходит процесс карбонизации и рост прочности под действием
углекислоты воздуха.
Гидросиликатным твердением называют процесс превращения
известково-кремнеземистых смесей в твердое тело в автоклаве. Твердение
обусловлено образованием гидросиликатов кальция при обработке паром под
давлением 0,9—1,6 МПа и температуре 174,5—200 °С. В этих условиях происходит
интенсивное химическое взаимодействие кремнезема с гидроксидом кальция с
образованием гидросиликатов кальция сложного состава типа (0,8—l,5)Ca0-Si02-
(0,5—2)НаО.
Известково-кремнеземистые смеси приготовляют из молотой
негашеной извести и песка. Целесообразно вместо песка использовать золу,
шлак, горелые породы н т. д. Реакционную способность компонентов можно
повысить путем совместного измельчения извести и песка в соотношении 1 : 1
или 1 : 2 до удельной поверхности 3000—5000 см2/г. К этой смеси для экономии
извести желательно добавлять немолотый песок до 30 % по массе. Из
известково-кремнеземистых смесей в автоклавах получают силикатный кирпич и
крупные стеновые панели.
Минералы клинкера с различной скоростью реагируют с водой
и дают гидросиликаты разной прочности и долговечности. По скорости взаимодействия
с водой их можно поставить в следующей последовательности: СзА, C4AF, C3S и
C2S. Однако по прочности они распределяются иначе: C3S, C4AF, затем C2S и
С3А.
По минералогическому составу портландцемент условно делят
на высокоалитовый (содержащий C3S более 60 %), алитовый (C3S более 50—60 %),
белито- вый (C2S более 35 %), алюминатный (СзА более 18 %). алюмоферритный
(С4А менее 2 %)•
Высокоалитовые цементы отличаются большой прочностью,
повышенной скоростью твердения и высоким тепловыделением. Белитовые цементы
твердеют медленно, тепловыделение их малое, прочность низкая. Алюми- натные
цементы быстро набирают прочность, много выделяют при твердении теплоты, но
прочность их невелика.
По прочности цементы делят на марки: 300, 400, 500, 550 и
600. По ГОСТ 310.4—81 (с изм.) марка цементов определяется по пределу
прочности при изгибе и сжатии образцов балочек размером 40X40X160 мм в
возрасте 28 сут. Балочки готовят из раствора цемента температурой 20 + 3 °С с
песком состава 1 : 3 по массе. Песок используется стандартный (ГОСТ 6139—78).
Раствор готовят с В/Ц—0,4. Допускается определение прочности цемента при
пропаривании образцов-балочек в закрытых формах при 85±5°С в течение 6 ч.
Через 25 ч с момента изготовления образцы расформовывают и сразу же
испытывают.
Прочность затвердевшего цемента зависит от
минералогического состава, тонкости помола, условий и длительности твердения,
температуры и влажности, количества и вида активной добавки. Твердение
цемента и рост его прочности может продолжаться только при наличии в нем
воды, иначе процесс гидратации минералов прекращается.
Твердение цемента обычно проходит в весьма раэлич- ных
температурно-влажностных условиях: нормальные— при 20—15 °С, пропаривание —
при 80—90 °С и относительной влажности около 100 %, автоклавная обработка —
при температуре до 200 °С и влажности 100 %. Повышение температуры ускоряет
процессы взаимодействия клинкерных минералов с водой. Наиболее быстрый рост
прочности цементного камня наблюдается при автоклавной обработке, когда
цемент марочной прочности можно получить уже через 4—6 ч. При про- паривании
в течение 10 ч можно получить цемент только 70 %-ной марочной прочности.
Твердение цемента заметно замедляется при температуре ниже 5°С и прекращается
при замерзании.
Введение в воду затворения хлористых солей натрия и
кальция до 5 % по массе цемента понижает температуру замерзания воды и дает
возможность цементу гид- ратироваться. Такой прием используют при
температурах до —10 °С. Однако для железобетонных конструкций ввод хлористых
солей более 2 % нежелателен, так как начинается коррозия стальной арматуры.
Прочность цементного камня изменяется и от действия на
него пресных и минерализованных вод. Цементный камень подвержен коррозии под
действием на него растворов некоторых солей. Например, сернокислый магний и
хлористый магний, реагируя с Са(ОН)2, находящимся в цементном камне, образуют
Mg(OH)2, который легко вымывается из бетона. Легко выносится из бетона и
хлористый кальций:
Са(ОН)2 + MgS04 + 2Н20 = CaS04-2H20 + Mg(OH)2;
Са(ОН)2 + MgCI2 = СаС12 + Mg(OH)2.
Вымывание из бетона Са(ОН)2 пресной водой вызывает так
называемую коррозию выщелачивания. Удаление из цементного камня гидроксида
кальция резко снижает щелочность бетона, а это приводит к разложению
гидроалюмипатов и гидросиликатов кальция, обеспечивающих прочность цементного
камня, и со временем бетон полностью разрушается.
Опасна для цементного камня проточная или стоячая вода с
большим содержанием сульфатов, в частности гипса, который реагирует с
гидроалюминатом кальция, образуя труднорастворимый гидросульфоалюминат
кальция. Последний резко увеличивается в объеме (более чем в 2,5 раза),
оказывая сильное разрушающее действие:.
ЗСаО • А1203 • 6Н20 + 3CaS04 + 25Н20 -* ЗСаО А12Ол 3CaS04
• 31Н20.
Уменьшить этот вид коррозии или избежать его можно, снижая
содержание в клинкере трехкальциевого алюмината или вводя в цемент
тонкомолотую кислую активную минеральную добавку типа трепела, опоки и т. п.
Они реагируют с гидроксидом кальция, образуя малорастворимые новообразования,
которые не взаимодействуют с сульфатами:
mCa(OH)2 + SiOa + nH20-+mCa0-Si02-nH20.
Для цементного камня представляют опасность неорганические
и органические кислоты, а также содержащая их вода. Кислоты взаимодействуют с
гидроксидом кальция и другими продуктами цементного камня, превращая их в
легкорастворимые соли или бесформенные аморфные соединения типа SiO2(0-^) и
др. Бетон при этом разрушается. Аналогичное действие оказывают и другие
кислоты.
Разрушение цементного камня может происходить и под
действием углекислоты воздуха. Вначале гид- роксид кальция превращается в
нерастворимый углекислый кальций, но при избытке углекислоты переходит в
легкорастворимое соединение Са(НС03)2: Са(ОН)2 + + СОг->-СаСОз + Н20;
СаС03+С02 + Н20 -> Са(НС03)2.
Чем меньше рН воды, тем она агрессивнее по отношению к
цементному бетону. Повысить стойкость цементного камня (бетона) в агрессивных
средах можно путем нанесения на него гидроизоляционных и других защитных
покрытий. Повышение плотности и водонепроницаемости бетонных изделий
способствует снижению коррозии цементного камня. Использование цементов
определенного минералогического состава может предотвратить сульфатную
коррозию. Для этого следует применять цементы с пониженным содержанием
трехкальциевого силиката и трехкальциевого алюмината.
|