Структура и свойства цементного камня и теста

Структура цементного теста и камня.

исследования свидетельствуют о том, что основная масса новообразований при взаимодействии цемента с водой возникает в виде гелевидных масс, состоящих преимущественно из субмикроскопических кри-сталлитных частичек гидросиликатов кальция. В общей гелевидной массе размещаются также иепрореагировав-шие остатки цементных зерен и относительно крупные кристаллы гидроксиДа кальция и некоторых других новообразований, видимые в оптический микроскоп.

Таким образом, тесто, представляющее собой вначале пластичную смесь клинкерных частичек, воды и небольшого количества вовлеченного воздуха, в результате твердения превращается в прочный цементный камень, являющийся трехфазной системой (твердая фаза — вода — воздух) и характеризующийся капиллярно-пористым строением.

Цементный камень включает:

· Гель, состоящий из частичек гидратных новообразований размером 5—20-Ю-3 мкм

· Относительно крупные кристаллы таких новообразований, как Са(ОН)2, видимые в микроскоп и не обладающие свойствами коллоидов;

Нормальная густота цементного теста

· Капиллярные поры размером в поперечнике от 0,1 до 20 мкм;

· Сферические воздушные поры размером от 50— 100 мкм до 2 мм;

При изготовлении цементного теста, раствора или бетона воды берется обычно 40—70 % массы цемента, т. е. значительно больше, чем химически связывается. Избыточная вода размещается в гелевых порах, а также в промежутках между непрореагировавшей частью цементных зерен. После испарения свободной, не вошедшей в реакцию с цементом воды образуются поры, называемые капиллярными.

С увеличением продолжительности твердения цемента объем капиллярных пор уменьшается, так как они заполняются гидратными новообразованиями. В зависимости от количества воды, введенной в тесто или в бетон при их изготовлении (В/Ц), а также от продолжительности твердения объем капиллярных пор в цементном камне колеблется в широких пределах — от 0 до 40 % и более. Таким образом, цементный камень характеризуется сложной тонкопористой структурой.

Бетоны и растворы характеризуются более высокой водопроницаемостью, чем цементный камень, что объясняется их меньшей однородностью и наличием крупных неплотностей, трещин и пор, возникающих в местах контакта цемента с заполнителями вследствие седиментационных явлений, а также различия показателей усадки и т. п.

Источник: studopedia.ru

Структура и свойства цементного камня.

Долговечность цементного камня — это способность цементного камня (т.е. застывшего цементного раствора) сохранять достаточный уровень строительно-технических и механических свойств при продолжительной эксплуатации.

Морозостойкость — способность цементного камня, находящегося в состоянии насыщенности водой, противостоять многократному попеременному замораживанию и оттаиванию.

Усадка — это естественное свойство цементного камня, выражающееся в уменьшении его объема и массы.

Химия 51. Химический состав цемента. Кристаллогидраты — Академия занимательных наук

Модель структуры цементного камня можно упрощённо представить как состоящую из трёх составляющих: непрореагировавших с водой полиминеральных частиц клинкера, продуктов гидратации цементных минералов — цементного геля (CSH-геля) и пор разного размера: пор геля и капиллярных пор, а также контракционных пор, образовавшихся из-за уменьшения суммарного объёма твердеющей системы: цемент-вода. Структура цементного камня включает также воздушные поры (пустоты), образовавшиеся при перемешивании цементного теста.

Характеристика состава и свойства портландцемента.

К основным минералам клинкера относятся алит и белит (силикаты кальция), а также трехкальциевый алюминат и алюмоферрит кальция (алюминаты кальция). Каждый из них можно синтезировать отдельно, что дает возможность сопоставлять свойства минералов.

Алит — основной минерал клинкера. Его химическая формула ЗСаО • Si02, сокращенно C3S* Алита в клинкере содержится 45. 60%, т.е. больше, чем любого другого минерала. Алит отличается быстротой твердения и большой прочностью.

Белит — второй по значению клинкерный минерал. Состав белита выражается формулой 2СаО • Si02, сокращенно C2S. Содержание его в клинкере 20. 30%. Белит медленно твердеет, но при благоприятных условиях может в длительные сроки образовывать с водой весьма прочные соединения.

Трехкалъциевого алюмината ЗСаО • А1203 (С3А) содержится в клинкере 4. 12%. Отличается чрезвычайно быстрым схватыванием и твердением, но дает небольшую прочность.

Четырехкальциевого алюмоферрита 4СаО-А1203 • Fe203 (C4AF) содержится в клинкере 10. 20%. По скорости гидратации он уступает алиту, но превосходит белит, прочность же его незначительна.

•Принято сокращенное написание формул химических соединений: СаО-С SiOa-S, А12Оэ-А, Fe203-F.

Свойства портландцемента.

К свойствам портландцемента относят — плотность и объёмную насыпную массу, тонкость помола, сроки схватывания, равномерность изменения объёма цементного теста и прочность затвердевшего цементного раствора.

Тонкость помола характеризует степень измельчения цемента просеиванием через сита. Тонкость помола влияет на прочность цементного камня. Чем более тонко измельчён цемент, тем выше прочность цементного камня. В соответствии с требованиями тонкость помола должна быть такой, чтобы через сито №008 проходло не менее 85% от всей навески портландцемента. Удельная поверхность обычного портландцемента находится в пределах 2000-3000 см2/г и 3000-5000 см2/г — быстротвердеющих и высокопрочных цементов.

Сроки схватывания цементного теста (цемент + вода) зависят от тонкости помола, минерального состава и водопотребности цемента. При этом водопотребность характеризуется количеством воды в процентах от массы цемента, необходимой для получения теста нормальной густоты 24-28%. Начало схватывания должно наступать не ранее 45 минут, а конец не позднее 12 часов.

За начало схватывания принимают время, прошедшее от начала затворения цемента водой до начала загустевания цементного теста: а за конец — время от начала затворения теста до полной потери им пластичности. С повышением температуры схватывания цементного теста ускоряется, с понижением — замедляется. После схватывания, следует продолжительный процесс превращения цементного теста в цементный камень.

Специальные виды цемента.

— Белый цемент. Основное использование БЦ — изготовление строительных сухих смесей. По многим параметрам обгоняет обычный портландцемент: ускоренный набор прочности, повышенная стойкость к атмосферным воздействиям. ЖБИ из белого цемента — не темнеют, не выгорают, не желтеют от времени.

— Быстротвердеющий цемент. Включают в свой состав активные минеральные добавки, пользуются более низким спросом. Причина тому — более медленный темп схватывания добавочного цемента.

— Расширяющийся цемент РЦ получают из глиноземистого цемента и гипса. Отличается от остальных видов расширением при твердении. Почти все остальные виды дают усадку.

— Водонепроницаемый безусадочный цемент. Применяется при: гидроизоляции монолитных конструкций, заделке швов между железобетонными элементами, герметизации различных стыков, сооружении водонепроницаемых бетонных емкостей для хранения различных жидкостей.

— Гидрофобный цемент. Цемент с введеним специальных добавок, повышающих его стойкость к хранению и транспортировке во влажной среде.

— Глиноземистый цемент. Быстрее набирает прочность: до 50% за сутки. Процесс твердения сопровождается большим количеством тепла, что может быть актуально при зимнем бетонировании.

— Портландцемент. Самый распространённый и используемый вид. Наверно 99% цемента, используемого в строительствеэто — портландцемент ПЦ.

— Пуццолановый цемент. Потрландцемент с введением добавок, содержащих тонкоизмельчённый активный кремнезём. Отличается увеличенным временем схватывания и пониженным тепловыделением. Теплопроводность то у бетона маленькая.

— Цветной цемент. Получают введением в состав окрашивающих пигментов из белого цементного клинкера Основное предназначение ЦЦ — получение декоративных ЖБИ, не требующих дальнейшей обработки.

Виды коррозии портландцемента и меры защиты от неё.

Возможны следующие виды коррозии:

1. связанная с выщелачиванием растворимых частей цементного камня (агрессивность выщелачивания);

2. вызываемая обменными реакциями между цементным камнем й агрессивной жидкой средой, в результате образуются легко растворимые соединения не обладающие вяжущими свойствами (агрессивность углекислая, общекислотная и магнезиальная);

3. обусловливаемая развитием и накоплением в цементном камне малорастворимых кристаллизующихся солей (агрессивность сульфатная).

Общекислотная агрессия возникает обычно при действии на бетон речных вод, сильно загрязненных промышленными сточными водами. Скорость коррозии бетона зависит от кислотного аниона. Кислые воды растворяют и разрыхляют, в первую очередь, поверхностные карбонизированные слои цементного бетона.

Чтобы повысить стойкость цементов по отношению к действию мягких, кислых и минерализованных вод, подбирают соответствующеий минералогическому составу портландцемент, что выражается, например, в значительном снижении, в случае сульфатной агрессии, содержания трехкальциевого алюмината и в некотором снижении содержания трехкальциевого силиката.

Гипсовые вяжущие вещества.

Сырьем для гипсовых вяжущих веществ служат сульфатные горные породы, содержащие преимущественно минерал двуводный гипс. При тепловой обработке природный гипс постепенно теряет часть химически связанной воды, а при температуре от 110 до 180°С становится полуводным гипсом. После тонкого измельчения этого продукта обжига получают гипсовое вяжущее вещество.

Гипсовые вяжущие вещества условно разделяют на строительный, формовочный и высокопрочный гипсы. Гипс строительный является продуктом обжига тонкоизмельченного двуводного гипса. На отдельных заводах после обжига гипс подвергают вторичному помолу. Гипс формовочный состоит из полугидрата сульфата кальция, отличаясь от гипса строительного большей тонкостью помола.

Гипс высокопрочный является продуктом тонкого помола а-полугидрата, получаемого в результате тепловой обработки в условиях, в которых вода из гипса выделяется в капельно-жидком состоянии.

Отличительной особенностью гипсовых вяжущих веществ является низкий срок схватывания, что вызывает определенное неудобство при производстве строительных работ. По срокам схватывания они разделяются на быстро-, нормально- и медленнотвердеющие. Для продления сроков схватывания в гипсовое тесто нередко вводят добавки-замедлители, например кератиновый клей, сульфитно-дрожжевую бражку и др. Они адсорбируются частицами гипса, что затрудняет их растворение и начало схватывания.

Строительные растворы.

Строительным раствором называют материал, получаемый в результате затвердевания смеси вяжущего вещества (цемент), мелкого заполнителя (песок), затворителя (вода) и в необходимых случаях специальных добавок. Эту смесь до начала затвердевания называют растворной смесью.

Сухая растворная смесь — это смесь сухих компонентов — вяжущего, заполнителя и добавок, дозированных и перемешанных на заводе, — затворяемая водой перед употреблением. Вяжущее в растворе обволакивает частички заполнителя, уменьшая трение между ними, в результате чего растворная смесь приобретает необходимую для работы подвижность. В процессе твердения вяжущий материал прочно связывает между собой отдельные частицы заполнителя. В качестве вяжущего используют цемент, глину, гипс, известь или их смеси, а в качестве заполнителя — песок.

По виду применяемого вяжущего вещества строительные растворы бывают простые с использованием одного вяжущего (цемент, известь, гипс и др.) и сложные с использованием смешанных вяжущих (цементно-известковые, известково-гипсовые, известково-зольные и др.). По плотности строительные растворы подразделяют на тяжелые — средней плотностью в сухом состоянии 1500 кг/м3 и более, приготовляемые на обычном песке, и легкие — средней плотностью до 1500 кг/м3, которые приготовляют на легком пористом песке из пемзы, туфа, керамзита и др. По назначению строительные растворы бывают кладочные (для каменной обычной и огнеупорной кладки, монтажа стен из крупноразмерных элементов), отделочные (для оштукатуривания помещений, нанесения декоративных слоев на стеновые блоки и панели), специальные, обладающие особыми свойствами (гидроизоляционные, акустические, рентгенозащитные).

Источник: infopedia.su

Щелочность жидкой фазы цементного камня и ее значение для защиты стали от коррозии

Многочисленные исследования показали, что сталь подвержена значительной коррозии уже при рН = 5. Ю; при рН = 10 и более скорость коррозии быстро падает. При рН = 14 ее практически нет. Это обусловлено тем, что в щелочных средах на поверхности стали образуется тонкая защитная пленка из нерастворимых оксидных железных соединений Fe(OH)3 и др., предохраняющих металл от дальнейшей коррозии. Чем выше щелочность окружающей водной среды, тем меньше растворимость оксидной пленки и тем выше ее защитные свойства. Происходит так называемое пассивирование железа.

Нижняя граница защитного действия гидроксида кальция при свободном доступе воздуха к поверхности железа соответствует приблизительно рН = 12; при весьма ограниченном доступе кислорода рН равно примерно 11,5. В обычном железобетоне, находящемся в воздушной среде с относительной влажностью ниже 60 %, коррозии арматуры нет.

На интенсивность коррозии стали в бетоне могут влиять различные вещества. Те из них, которые увеличивают скорость коррозии, называются стимуляторами (ионы хлора, серная кислота и др.); вещества, уменьшающие скорость коррозии, называются ингибиторами (нитриты и хроматы натрия и др.). Жидкая фаза смесей шлакового или пуццолапового портландцемента с водой характеризуется более низкой щелочностью, чем смеси воды с портландцементом, поэтому защитные свойства бетонов на этих цементах несколько слабее.

Таким образом, при применении бетонов на тех или иных вяжущих в армированных сталью конструкциях особое внимание следует уделять вопросу обеспечения надлежащей защиты металла от коррозии самим бетоном. В противном случае должны проводиться специальные мероприятия по защите от коррозии (покрытие арматуры защитными пленками и т. п.).

Смотрите также:

Источник: bibliotekar.ru

46. Структура и свойства цементного теста и затвердевшего цементного камня. Формы воды в цементном тесте и камне.

Основная масса новообразований при взаимодействии с водой образует гелевидные массы, состоящие из субмикроскопических кристаллических частиц. В этой же массе распологаются непрореагированные частицы и крупные кристаллы Ca(OH)2. Эта система включает:

1. Часть частиц которые не прореагировали
2. Гель из гидратных новообразований
3. Относительно крупные кристаллы
4. Капилярные поры
5. Сферические поры

Тесто, изготовленное из цемента представляет собой концентрационную суспензию с характерной структурой и повышенной вязкостью. Свойства таких систем :

1. Структурная вязкость
2. Седиментация
3. Тепловыделение
4. Набухание ц/т
5. Контракция и пористость

Процессы взаимодействия между частицами п/ц и водой начинаются уже при перемешивании компонентов и приводит к перераспределению воды, к возникновению сложных форм воды в цементном тесте и камне подраздлеяются на химически связанную, адсорбционно связонную, связанную капилярными силами и свободную. Вода в геливых порах находится в псевдотвёрдом состоянии.

Св-ва цементного камня:

1. Плотность
2. Водонасыщенность и водопоглащение
3. Способность затвердевать
4. Неравномерность изменения объёма
5. Тонкость помола
6. марка

47. Свойства портландцемента. Основные физико-механические свойства

Цемент – это один из самых главных строительных материалов, без которого не обойтись в любом строительстве. Благодаря целому ряду строительно-технических свойств, цемент по праву можно назвать основополагающим строительным материалом. Давайте подробно рассмотрим основные строительно-технические свойства цемента:

Источник: studfile.net