Процессы твердения минеральных вяжущих веществ

Наиболее сложные изменения в своей структуре в процессе твердения бетона претерпевают вяжущие вещества. Эти изменения оказывают решающее влияние на структуру и свойства бетона при производстве на заводах бетона. Основой в познании бетона является изучение структуры твердеющего цементного камня. Согласно общей теории твердения цементных и гипсовых вяжущих, дополненной в последующем и в отношении молотой извести-кипелки, все минеральные вяжущие вещества обладают способностью к гидратационному твердению. На примере портландцемента рассмотрим процессы формирования структуры и твердения цементного камня. Твердение цемента представляет собой сложный физико-химический процесс, сопровождаемый непрерывным изменением и становлением структуры цементного камня и формированием его свойств, а также свойств бетона, в котором данный камень применен. При затворении цемента водой в бетоносмесительной установке ближайшие к поверхностным слоям цемента оболочки воды вступают с ним в физическое и химическое взаимодействия. В результате химического взаимодействия цемента и воды в основном образуются следующие продукты гидратации: Эти продукты, соприкасаясь с избыточным количеством воды в системе цемент — вода, растворяются и переносятся в зоны свободной воды имеющейся вначале в избыточном количестве. По мере последующего образования и растворения продуктов гидратации раствор становится перенасыщенным и из него выделяются высокодисперсные кристаллогидраты новообразований с частицами коллоидного размера. Для этого периода, названного периодом коллоидации, характерным является не только образование новых гидратных соединений, но и значительное измельчение продуктов гидратации в результате химических процессов взаимодействия цемента с водой (химическое диспергирование). Образовавшиеся кристаллогидраты субмикроскопического размера удерживают на своей огромной поверхности и в пространствах между отдельными частицами значительное количество адсорбционно связанной и полусвязанной воды, образуя в системе цемент - вода коллоидную структуру в виде геля.

 

По мере увеличения продуктов гидратации и переноса их в зону свободной воды уменьшается количество свободной воды в системе, повышается ее структурная вязкость и наступает загустевание смеси, называемое в технике схватыванием цементного теста. Процесс коллоидации - обязательный процесс гидратационного твердения всех минеральных вяжущих веществ. Чем полнее химическое взаимодействие вяжущего с водой в бетоносмесителе, тем в большей степени происходит и химическое диспергирование частиц твердеющего вяжущего. Наряду с химическим диспергированием продуктов гидратации наблюдается и механическое раздробление частиц клинкера водой, адсорбирующейся на поверхностях микрощелей, которые имеются в частицах клинкера, как во всяком твердом теле. вследствие дефектности их структуры. В результате расклинивающего действия адсорбированной воды в микротрещинах происходит так называемое адсорбционное диспергирование. Этот процесс увеличивает поверхность взаимодействия частиц цемента с водой и способствует ускорению процессов гидратации цементных зерен. Попутно следует отметить, что не все клинкерные минералы, входящие в состав цемента, подвергаются с одинаковой скоростью химическому и адсорбционному диспергированию.