Скорость гидратации цемента в присутствии добавок » Ремонт Строительство Интерьер. Лесное дело и деревообработка.

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Скорость гидратации цемента в присутствии добавок

25.10.2020

При рассмотрении процессов гидратации минералов портландцементного клинкера отмечалось, что, как и при гидратации в воде, C3S и в-C2S образуют гидросиликат кальция группы СSН(II), который с течением времени, в основном, переходит в CSH(I). Однако в результате взаимодействия гидроокиси кальция с солью в растворах поташа образуется CaCO*6Н2О, а в растворах хлористых солей - 3CaO*CaCl2*15H2O, причем в порядке уменьшения растворимости указанное продукты располагаются в следующей последовательности:
Скорость гидратации цемента в присутствии добавок

Алюминийсодержащие клинкерные минералы в растворах солей и при наличии гипса образуют комплексные соединения, растворимость которых уменьшается в последовательности

Так как при образовании труднорастворимых продуктов скорость химических реакций ускоряется, то при одинаковых условиях наибольшей интенсификации процесса гидратации цемента будет способствовать введение добавки К2CO3, затем NaCl+CaCl2 и, наконец, NaNO2. Этот вывод полностью подтверждается данными, полученными А.А. Парийским в ЛПИ им. М.И. Калинина (табл. 22) в исследованиях, выполненных по совместной программе работ с НИИЖБ.

Из данных табл. 22 видно, что при понижении температуры с 0 до -10°С в течение первых 10 суток тепловыделение бетона, затворенного водой, полностью прекратилось независимо от тонкости помола цемента. Для бетона с добавкой поташа гидратация замедлилась в 2,4-10,8 раза, с добавкой хлористых солей - в 5,4-15,8 раза в зависимости от времени гидратации (в пределах от 1 до 10 суток), причем более существенно для ранних сроков. Еще ощутимее замедление для бетона с добавкой нитрита натрия: при -10°С в первые двое суток тепловыделения вообще не происходит, а в последующие сроки они в 8,4-120 раз меньше, чем при 0°С.

Увеличение тонкости помола цемента почти в 1,6 раза (с 3150 до 5000 см2/г) способствовало ускорению гидратации цемента в бетоне без добавок при 0°С в 1,1— 1,5 раза, но не дало активации процесса при -10°С. Более, заметно влияние удельной поверхности цемента на кинетику его гидратации в присутствии добавок. Указанное увеличение тонкости помола привело к ускорению гидратации цемента при -10 С в растворе поташа в 1,2-2,2 раза, в растворах хлористых солей - в 2,4-4,2 раза, в растворе нитрита натрия - в 3,6 - 7 раз в период от 1 (для NO2 от 3) до 10 суток от начала затворения.

Полученные данные являются частными, справедливыми для данного состава цемента и бетона, условий эксперимента, Однако порядок цифр показывает, что главным из числа изученных факторов, определяющих скорость гидратации цемента в растворах солей, как и при гидратации в воде, является время гидратации. Вторым по важности фактором является температура, затем вид противоморозной добавки и, наконец, тонкость помола (активность) цемента.

Как уменьшение активности цемента, так и, особенно, понижение температуры наиболее неблагоприятно сказывается на скорости гидратации цемента в растворах нитрита натрия и меньше всего при гидратации в растворах поташа. Из этого следует, что эффективность нитрита натрия, а также хлористых солей в качестве противоморозных добавок, особенно в начальные сроки твердения, в значительной степени определяется температурными условиями твердения бетона и активностью используемого цемента.

Продукты гидратации С3S(CaCO3 6H2О 3CaO*CaCl2*15H2O) образуются раньше, а растворимость их меньше растворимости комплексных солей алюмината кальция. Из этого следует, что добавки интенсифицируют прежде всего процесс гидратации С3S. Даже при отсутствии гипса, т. е. когда комплексные соли алюмината кальция образуются раньше, добавка хлористого кальция (рис. 39) значительно повышает скорость гидратации C3S, особенно в ранние сроки.

В присутствии гипса, т.е. в реальном цементе, когда добавка взаимодействует прежде всего с Ca(OH)2, более заметно ускоряющее действие ее на гидратацию С3S. Как видно из табл. 23, при примерно одинаковой степени гидратации C3S в клинкере и цементе введение CaCl2 вызывает различный эффект, ускоряя гидратацию C3S в цементе без гипса в 1,6, а в цементе с добавкой гипса почти в 2,5 раза.

Вполне понятно, что чем больше участие добавки в процессах гидратации цемента, т. е. чем больше активация этих процессов, тем меньше влияние минералогического состава цемента (в пределах обычного колебания содержания минералов в заводских клинкерах) на скорость его гидратации. Из этого следует, что влияние минералогического состава цемента, как и тонкости помола цемента (табл. 22), в большей степени должно проявляться при гидратации в растворах нитрита натрия, затем хлористых солей и поташа.

Хорошим подтверждением сказанному являются результаты исследований, приведенные в табл. 24, из которых видно, что степень гидратации активных цементов (С3S -65, 43%; C2S - 15, 8%; C3A - 6,04%; C4AF - 9, 82%; S = 3150 см2/г) в растворах нитрита натрия достигает ст пени гидратации в растворах поташа, если температура превышает эвтектическую температуру замерзания раствора NaNO2 (-19,6°C). При 20°С процесс в присутствии поташа замедляется, по-видимому, под влиянием KOH после взаимодействия основного количества К2СО3 с Ca(OH)2.

Из данных табл. 24 видно, что в 28-суточном возрасте количество добавки нитрита натрия, и, по-видимому, любой другой, мало влияет на степень гидратации С3S при температурах до -10°C, хотя температура замерзания раствора затворения при введении 2%-ной добавки составляла - 3,6, а 10%-ной - 19,6°С. И только при -20°С заметно проявилось влияние температуры замерзания раствора затворения, вероятно из-за короткого срока гидратации для этой температуры. Этим самым подтверждается сделанный ранее вывод о том, что чем меньше концентрация раствора, тем больше в нем содержится "свободной" воды.

При сопоставлении данных по тепловыделению цемента при 0 и -10°C (табл. 22) со степенью гидратации С3S в цементе при этих же температурах (табл. 24) нельзя не отметить, что понижение температуры замедляет процесс гидратации, главным образом, в ранние сроки твердения. При этом чем меньше содержание незамерзшей воды, тем медленнее протекает процесс гидратации.

Таким образом, скорость гидратации цемента в присутствии добавок определяется как их видом и количеством, так и факторами, определяющими скорость гидратации цемента при затворении его водой - временем гидратации, температурными условиями, минералогическим составом вяжущего и тонкостью его помола. Правильно оценивая роль каждого из них, можно изготовлять в зимних условиях относительно быстро твердеющий бетон или бетон высокой прочности, если учитывать особенности формирования структуры бетона с добавками, обусловленные как изменением химических процессов гидратации, так и влиянием температурного фактора на твердые составляющие бетона и его жидкую фазу.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: