Книги по строительству

 Свойства бетона

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Гидросиликаты кальция

 Если гидратация протекает в ограниченном количестве воды, например в цементном тесте и бетоне, полагают, что C3S подвергается гидролизу с образованием в конце концов гидросиликата кальция низкой основности C3S2H3 с отделением окиси кальция в виде Са(ОН)2. Однако неизвестно, приводит ли гидратация C3S и C2S к образованию одинаковых, гидратов. Так можно полагать на основании данных о теплоте гидратации и удельной поверхности продуктов гидратации, но исследования физическими методами указывают на то, что возможно образование нескольких различных гидросиликатов кальция.   Ли полагает, что эти гидраты могут быть солями ортокремниевой кислоты (H4Si04); при этом возможны четыре значения отношения — окись кальция: двуокись крем-ния—1 : 2, 1 : 1, 3 : 2 и 2 : 1. Если бы некоторое количество окиси кальция было адсорбировано или удержано в твердом растворе, то могли бы встретиться и другие значения указанного отношения. Существует веское доказательство образования в результате гидратации C2S конечного продукта с величиной отношения окись кальция двуокись кремния, равной 1,65. Это может быть следствием того, что гидратация C3S регулируется скоростью диффузии ионов через гидратные оболочки, в то время как гидратация C2S определяется скоростью реакции. Кроме того, на образование продуктов гидратации двух силикатов может оказывать влияние температура, поскольку от нее зависит проницаемость геля. Скорости гидратации C3S и C2S значительно различаются

Общий состав гидросиликатов кальция можно примерно представить как C3S2H3; эти гидраты иногда относят к тобермориту кальция из-за структурного сходства с встречающимся в природе минералом. Поскольку образованные при гидратации кристаллы имеют неправильную форму и крайне малые размеры, нет необходимости, чтобы граммолекулярное отношение воды к двуокиси кремния было целым числом.

Предположив, что C3S2H3 является конечным продуктом гидратации как C3S, так и C2S, реакция гидратации может быть схематически записана следующим образом:

для   C3S : 2C3S + 6H->C3S2H3 + ЗСа(ОН)2   соответствующие   веса 100+24^75+49;

для C2S : 2C2S+4H—^C3S2H3+Ca(OH)2 соответствующие веса 100+21—^99+22.

Таким образом, оба силиката требуют примерно одинакового количества воды для гидратации, но C3S образует более чем в два раза больше Са(ОН)2 по сравнению с C2S.

Физические свойства гидросиликатов кальция представляют интерес в связи со способностью цемента схватываться и твердеть. Эти гидраты обычно считают полностью аморфными, однако электронный микроскоп позволяет увидеть их кристаллическую структуру. Интересно отметить, что один из гидратов, обозначенный Тэйлором CSH(l), имеет слоистую структуру, аналогичную структуре некоторых глинистых минералов, таких как монтмориллонит и галлуазит.

Отдельные слои в плане по двум осям хорошо закристаллизованы, между тем как расстояния между ними определены менее четко. Такая решетка способна присоединять различные количества окиси кальция без существенных изменений, что объясняет переменное соотношение окись кальция: двуокись кремния, упоминавшееся выше. В действительности рентгеноструктурные диаграммы показали, что окись кальция в количестве свыше одной молекулы на молекулу двуокиси кремния удерживается в беспорядочном состоянии. Стейноур объяснил это образованием твердого раствора и адсорбцией.

Исследования с помощью радиоактивного изотопа Са45 показали, что силикаты кальция не гидратируются в твердом состоянии, а безводные силикаты, вероятно, сначала переходят в раствор и затем реагируют с образованием менее растворимых гидросиликатов, которые выпадают из пересыщенных растворов. Такую схему гидратации первым предложил Ле Шателье в 1881 г.

Исследования Бернала указывают на то, что гидросиликаты кальция образуются в виде очень тонких волокнистых кристаллов с коротковолокнистым повторяющимся элементом размером 3,65А. Это может быть представлено как образование силикатных тетраэдров, соединенных водородными связями. Другие исследования подтвердили существование волокнистых частиц со снопообразными концами, подобных набухающему глинистому минералу галлуазиту. Полагают, что существуют различные переходные формы, включая мелкие сферические частицы, но в конце концов все они приобретают волокнистую форму. Интересно отметить, что гидросиликаты кальция характеризуются ростом прочности, аналогичным росту прочности портландцемента. Значительная прочность достигается задолго до того, как реакция гидратации закончится, таким образом представляется, что небольшое количество гидратированных новообразований связывает непрогидратировавшие частицы: дальнейшая гидратация приводит лишь к незначительному увеличению прочности или сохранению ее на прежнем уровне.