2.2. Механизм гидратации и цементирующего действия вяжущих веществ

При затворении портландцемента водой образуется пластичное клейкое тесто, постепенно густеющее и переходящее в камневидное состояние. Превращение цементного теста в камневидное тело обусловлено сложными химическими и физико-химическими процессами взаимодействия клинкерных минералов с водой, в результате которых образуются новые гидратные соединения, практически нерастворимые в воде (табл. 2) [6].

Таблица 2 – Процессы и продукты гидратации при схватывании и твердении портландцемента

Реагенты	Продукты гидратации	Плотность, г/см3	Примечание
С3A+3CS+32H	C3ACS3H32	1 ,72	Г ексагональный Эттрингитили AlF-t-фазы(n=0-3) Псевдо гексаго- нальный гидрат моносуль- фатаAlF-m- фазы (n=0-3)	Возможно замещение Al3+на Fe3+, Сr3+, Mn3+, Ti4+(Ti3+) и CaSO4илиCa(OH)2 наCaCО3CaCl2CaS
C2(A,F)+Csn+CH(4-n)+ +31H	C2(A,F)CSnCH(3-n)H32	-
C3ACS3H32+2C3A+4H	3C3ACSH12	-
C3A+CS+19H	C3ACSH19	-
C3A+CS+12H	C4ACSH13	1,95
C2(A,F)+Csn+CH(2-n)+11H	C3(A,F)CsnCH(1-n)H12	-
C3A+CH+18H	C4AH19	-
C3A+CH+12H	C4AH13	2,02
C2(A,F)+2CH+11H	C4(A,F)H13	-
2C3A+21H	C4AH13+C2AH8	-
C3A+6H	C3AH6	2 ,55	Кубические гидрогранаты (n=0-3)
C2(A,F)+CH+5H	C3(A,F)H6	-
C2(A,F)+CH+Sn+ +H(5-2n)	C3(A,F) Sn H(6-2n)	-
C3S+3,87H	CnSHn+0,87+(3-n)CH	~ 2,15	CSH – фазы. Возможно замещение Si4+ и Ca2+ на Al3+Fe3+, S4+, Mg2+ и включение хлоридов и щелочей
C2S+2,87H	CnSHn+0,87+(2-n)CH	-

Большинство клинкерных минералов по классификации Нараи-Сабо относится к двойным оксидам. В них существует связь Са-О-Ме₁, где Ме₁ – более электроотрицательный металл, чем кальций. Степени ионности здесь взаимосвязаны. С увеличением ε₁, начиная от ε, т.е. от электроотрицательности оксида кальция, возрастает степень ионности связи Са-О. При ε₁ - ε> 1 двойной оксид переходит в соль с типично ионным механизмом растворения в воде под влиянием прямой гидратации.

Каждая фаза клинкера вступает в реакции гидратации с водой, образуя с характерной для нее скоростью новые соединения. Типичными реакциями, характерными для твердения портландцемента и других вяжущих веществ, являются реакции гидратации, протекающие с присоединением воды. Они могут идти без распада основного вещества или сопровождаться его распадом (реакции гидролиза). Процесс твердения портландцемента в основном определяется гидратацией силикатов, алюминатов и алюмоферритов кальция.

Для понимания процесса гидратации портландцемента в целом необходимо рассмотреть отдельно гидратацию каждого из основных клинкерных минералов ПЦ.