9. Теория твердения вяжущих.

1я теория Кристаллизационная теория Ле Шателье. 1й этап: Растворение исходного вяжущего вследствие большей растворимости исходного вяжущего, чем растворимость продуктов реакции процесс растворения исходного вяжущего в-ва продолжается и после достижения состояния насыщения раствора продуктами гидратации, вследствие 2й этап – кристаллизации продуктов гидратации. По коллоидной теории, выдвинутой Михаэлисом в 1893 г., кристаллический гидроалюминат, гидросульфоалюминат и гидроокись кальция обеспечивают первоначальную прочность. Насыщенная известью вода взаимодействует с силикатами с образованием почти нерастворимого гидросиликата кальция в виде студенистой массы. Эта масса постепенно затвердевает вследствие потери воды как за счет внешнего высыхания, так и за счет гидратации внутренних негидратированных ядер цементных зерен. Теория Байкова 1925 Твердение происходит в 3 этапа: 1) Раствор безводного соединения, входящий в состав вяжущего до образования насыщенного раствора. 2) За счет внедрения воды в решетку минерала в раствор начинают переходить гидратные новообразования в виде частиц коллоидных размеров. 3) Образование кристаллического сроста за счет растворения мелких коллоидных частиц и роста более крупных кристаллов.

10. Теория твердения пц

Твердение-это р-т физико-хим.процессов взаимод-ия цемента с водой

1.Хим.р-ции,в р-те кот.обр-ся продукты гидратации цемента

2.Физ.процессы,в р-те кот. обр-ся кристаллич.монолит гидратных монообразований(цементный камень)

Химические процессы

С3S

3CaO*SiO2+ag=xCaO*ySiO2*nH2O+Ca(OH)2

C2S

2CaO*SiO2+ag= ySiO2*nH2O+0.3Ca(OH)2

В зависимости от значений x,y,n гидросиликаты Ca могут быть низко или высоко основные. CaO=0,8-1,1 –содерж. в жидкой фазе

Низкоосновные: х=0,8-1,5 у=1-6 n=2-2,5 CSH(I)

Высокоосновные: х=1,75-3,0 у=1-6 n=1.5-2,0 CSH(II)

По данным Тимашева прочность кристаллов портландита вдоль оси сост.=670МПа (6700 кгс/см2), поперек оси=470 МПа.

Прочность CSH(I)>1000МПа

Прочность CSH(II)=700-800МПа

СSH(I) менее морозостойкие чем CSH(II)

При особых условиях твердения тоборморит C5S6O5(5CaO*6SiO2*5H2O)

Гидросиликаты по своей структуре представляют собой цементный гель. Размер его частиц 50-200. Поры геля всегда заполнены водой. Содержание твердых частиц 7(в16 степени) в 1см3.

Объем пор=const=28%

C3A

3CaO*Al2O3+6H2O=3CaO*Al2O3*6H2O(высокоосновный алюминат кальция)

Эта реакция промежуточная, она продолжается с прир.двуводным гипсом, вводим в количестве 1-3% для регуляции сроков схватывания при помоле клинкера п/ц.

3CaO*Al2O3*6H2O+3(CaSO4)2+19H2O=3CaO*Al2O3*3CaSO4*31H2O(высокоосновная форма гидросульфалюмината кальция-эттрингит)

Эттрингит образуется через 1ч после начала твердения. Кристаллы эттрингита имеют иглоподобную (призматич) форму. Внутри их находится канал диаметром до 100мкм, в кот. Размещ. Вода и цементный гель(низкоосновный).

Если повысить температуру(действ. темпер. фазой) то кристаллы эттрингита разрушаться поэтому при тепловой оброботке бетона содержание C3A должно быть ограничено (нс>5%).

C4AF

4CaO*Al2O3*Fe2O3+n(H2O)=3CaO*Al2o3*6H2O(высокоосновный гидроалюминат кальция)+CaO*Fe2O3(n-6)H2O(низкоосновный гидроферрит кальция)

Ле-Шателье предложил сквозьрастворный механизм твердения

Михоэлис предложил томохимич.мепханизм твердения-м-лы воды взаим.с пов-тью цем.частиц за счет диффузионных проц-ов

Теория Байкова создал единую теорию твердения: 1)Выделение цем.частицми при их взаим-ии с водой кристаллич. фаз эттрингита и портландита.Начинают обр-ся низкоосновные гидросиликаты Са(Цементный гель) 2)Цементный гель получает своё развитие с точки зрения формир-ия твердой кристаллитной фазы.Происходит прорастание цем.геля кристаллами портландита и эттрингита-стадия коллоидации 3) Закан-ся разв.цементного геля,частицы новооб-ий растут по размеру и кол-ву. Создается прочный цем.камень-стадия кристаллизации.

Цементный камень - материал, образующийся в результате гидратации и твердения цемента. Многие свойства цементного камня определяются его химической природой и микроструктурой. Микроструктура зависит от природы как твердой, так и нетвердой фаз, т. е. поровой структуры. Особенности микроструктуры определяются многими факторами, такими как физическая и химическая природа цемента, тип и количество вводимых добавок,температура и время гидратации и начальное водоцементное отношение.

11. Коррозия цементного камня и меры борьбы с ней.

Коррозия – процесс разрушения материала, вызываемый физико-химическим взаимодействием его с окружающей средой. Три вида коррозии по Москвину: 1)физическая (выщелачивание) – растворение и вымывание мягкими водами Ca(OH)₂ – приводит к потере прочности. Если уменьшается Ca(OH)₂ на 15-20%, то снижается прочность на 30-40%. Вслед за вымывание Ca(OH)₂ начинается разложение гидросиликатов кальция. Меры борьбы: а) снижение количества C₃S; б) введение активных минeральных добавок SiO2+ Ca(OH)₂=CaO*SiO2*H2O; в) изготовление плотного бетона; г) естественная корбанизация Ca(OH)₂+CO2=CaCO3+H2O. 2) Разрушение цементного камня в результате обменных реакций кислот и солей, содержащихся в минерализованной воде с гидратными составляющими цементного камня с выносом растворимых продуктов реакции водой или с выделением их в виде аморфной массы (углекислотная, магнезиальная коррозии). а) общекислотная Ca(OH)₂+2HCl=CaCl₂+H₂O. Применяется также специальный кислотоупорный цемент; б) углекислотная коррозия CaCO₃+CO₂+H₂O=Ca(HCO₃)₂; в) магнезиальная коррозия Ca(OH)₂+MgCl₂=CaCl₂+Mg(OH)₂; г) коррозия под действием органических кислот (молочная, уксусная кислота). 3) а)Сульфо-аллюминатная – связана с образованием новых соединений, занимающих больший объем, чем исходные продукты, откуда происходит растрескивание. 3CaO*Al₂O₃*6H₂O+3CaSO₄+25H₂O=3CaO*Al₂O₃*3CaSO₄*31H₂O; б) Щелочная коррозия.

12.Смешанные вяжущие вещ-ва.

Активными минеральными добавками называют природные или искусственные вещества, которые при смешивании в тонко-измельченном виде с воздушной известью и затворении водой образуют тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и под водой. Активные минеральные добавки - повышают стойкость портландцемента в водных условиях. Активные минеральные добавки могут быть природными (естественными) и искусственными. В качестве природных активных добавок широко используют горные породы (диатомит, трепел, опоку) а также породы вулканического происхождения (вулканический пепел, туф, пемзу). Искус акт минер добавки представляют собой побочные продукты и отходы промышл-ти: доменные шлаки; Содержание активных минеральных добавок в обыкновенном портландцементе не должно превышать 15% по весу.

Если гидравлической добавки содержится более 15%, порт­ландцемент приобретает дополнительное название в зависимо­сти от вида добавки, а именно при введении природных добавок (трепела, диатомита, опоки и др.) - пуццолановый портланд­цемент, а при использовании доменных гранулированных шла­ков - шлакопортландцемент. Эти цементы обладают очень вы­сокой водостойкостью и особенно ценны, поэтому для гидротех­нических сооружений, однако они твердеют медленнее порт­ландцемента и имеют несколько пониженную прочность.

13. Пуццолановый портландцемент изготовляют путем совместного помола клинкера и активной минеральной добавки с необходимым количеством гипса. Добавок осадочного происхождения (диатомита, трепела, опоки) должно быть 20% - 30%, а вулканических добавок (пемзы, туфа золы) - 25% - 40%. Активная минеральная добавка химически связывает гидроксид кальция, образующийся при взаимодействии алита с водой.

В результате этого процесса, происходящего во влажных условиях и при положительной температуре, растворимый гидроксид кальция связывается в практически нерастворимый гидросиликат кальция. Вследствие этого значительно возрастает стойкость бетона в отношении выщелачивания Са(ОН)2. ППЦ следует применять для бетонов, постоянно находящихся во влажных условиях (подводные и подземные части сооружений). На воздухе бетон на ППЦ дает большую усадку и в сухих условиях частично теряет прочность, что объясняется "выветриванием" воды из гидратных соединений. Кроме того, бетоны на этом цементе имеют низкую морозостойкость и не годятся для сооружений, подвергающихся замораживанию и оттаиванию. ППЦ твердеет в нормальных условиях медленнее, чем портландцемент. Поэтому его не следует применять при зимних бетонных работах.

Шлакопортландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. Он получается путем совместного тонкого помола клинкера и гранулированного доменного шлака с необходимым количеством гипса. Допускается раздельный помол компонентов и их последующее смешение. Количество доменного шлака в ШПЦ должно быть не менее 21% и не более 80% (от массы цемента). Допускается замена до 10% шлака трепелом или другой активной добавкой.

Доменные ишаки по своему химическому составу напоминают цементный клинкер. В них преобладают оксиды. Гидравлическая активность шлаков характеризуется коэффициентом качества.

Шлак, применяемый в качестве добавки к цементу, обязательно подвергается быстрому охлаждению водой или паром - грануляции, так как в процессе охлаждения шлаковый расплав распадается на отдельные зерна (гранулы). Гранулированный шлак является активным компонентом ШПЦ, он взаимодействует с гидроксидом кальция. Жаростойкость шлакопортландцемента значительно выше, чем у портландцемента, поэтому он широко используется для изготовления жаростойких бетонов. Однако ШПЦ как и ППЦ медленно набирает прочность в первое время твердения. Обычньй ШПЦ имеет марки: 300, 400 и 500.