31. Объясните от каких параметров и как зависит скорость гидратации портландцемента. Назовите основные методы контроля и способы регулирования скорости гидратации портландцемента

В зависимости от химико-минерального состава сырья и условий производства, фазовый состав клинкера может изменяться в широких пределах: C₃S – 40-65 %; С₂S – 12-35 %; C₃A – 4-14 % и С₄AF – 10-18 %; клинкерное стекло – 5-15 %. Характерной особенностью клинкерных минералов является их способность вступать в реакции гидролиза и гидратации с водой. Образующиеся гидраты прочно соединяются между собой (когезия) и с поверхностями других твердых веществ (адгезия) с образованием искусственного камня. Скорость реакций, а также химический состав и структура образующихся гидратов зависят от условий. Нормальные условия: температура – 15-20 °С и влажность, близкая к 100 %. В присутствии гипса гидратация C₃A приводит к образованию эттрингита (гидросульфоалюмината кальция высокосульфатной формы):

После затворения портландцемента водой гидросульфоалюминат выделяется на поверхности зерен цемента, образует оболочку, которая замедляет процессы гидролиза и гидратации, и понижает скорость процессов схватывания цементной пасты.

Процессы твердения минеральных вяжущих на три периода:

Подготовительный период. При затворении портландцемента водой, клинкерные минералы растворяются и образуют насыщенный водный раствор.

Коллоидный период. После образования насыщенного раствора вода взаимодействует с клинкерными минералами на поверхности зерен цемента (без растворения) с образованием гидратов в виде частиц коллоидных размеров. При низких В/Ц коллоидные частицы образуют структуру (гель) путем взаимодействия на молекулярном уровне. Образование коллоидной структуры приводит к повышению вязкости системы (схватывание). Особенностью второго периода является временное понижение вязкости пластичной системы в результате

ее деформирования (перемешивание, встряхивание). При прекращении внешнего воздействия структура самопроизвольно восстанавливается, а вязкость системы повышается.

Период кристаллизации (или период твердения). Характеризуется преимущественным ростом коллоидных частиц, образованием кристаллов Ca(OH)_2, гидросульфоалюмината кальция и других гидратов. Этот период является длительным, в благоприятных условиях гидратация клинкерных минералов и твердение цементных паст могут продолжаться многие годы. Образование кристаллических сростков, адгезия и когезия приводят к повышению прочности цементного камня. При твердении в нормальных условиях образовавшийся цементный камень содержит кристаллические сростки (гидроксид кальция, гидросульфоалюминат кальция), гидраты в виде частиц коллоидных размеров, образующих агрегаты, непрореагировавшие с водой цементные зерна и поры.

Скорость гидратации портландцемента в основном зависит: от минерального состава клинкера, содержания в нем клинкерных минералов, зернового состава и удельной поверхности, В/Ц, температуры среды твердения. По скорости гидратации минералы располагаются в следующем порядке: Быстро C₃A → C₃S → C₄AF → C₂S Медленно

Результаты определения характера изменения прочности образцов, приготовленных из цементной пасты на основе клинкерных материалов, показали, что C₃A и C₄AF характеризуются невысокими показателями прочности. Решающее влияние на прочность оказывают минералы силикаты – C₃S и C₂S. Прочность образцов в раннем возрасте (3-7 сут), класс и марка цемента зависят от содержания C₃S (алита). С увеличением содержания алита прочность повышается. Белитовый цемент с высоким содержанием C₂S твердеет сравнительно медленно, но при длительном твердении (12 мес. и более) прочность образцов может соответствовать аналогичному показателю образцов на алитовом цементе, а в некоторых случаях и превышать её.

Изменение скорости гидратации осущ. путем добавок, влияющих на скорость гидролитического разложения С₃S. Для ускорения – вещества (щелочи, нитрат Ca), реагирующие с Ca(OH)₂, образующие малорастворимые в воде соединения. Для замедления – вещества (меласса), образующие с известью хорошо растворимые в воде соединения.