Cement je oblíbený stavební materiál vyráběný uměle. Je to jemný prášek, který se při interakci s vodou mění na plastickou hmotu, která může ztvrdnout i v podmínkách vysoké vlhkosti. Fyzikálně-chemický proces interakce mezi cementem a vodou se nazývá hydratace. V důsledku jeho tečení získávají roztoky a směsi vyrobené na bázi cementového pojiva po vytvrdnutí vysokou pevnost, voděodolnost a odolnost proti změnám teplot.
Hydratace cementu – vlastnosti procesu
Hydratace je nevratný proces, při kterém se molekuly vody spojují s molekulami minerálů, které tvoří cement. V důsledku takových interakcí vzniká plastická hmota, která se po vytvrdnutí přemění v pevnou hmotu podobnou kameni.
Regulační dokumentace uvádí přijatelné poměry voda-cement, které závisí na typu použitého cementu a požadovaných vlastnostech výsledných produktů. Při dostatečném množství je chemicky vázáno přibližně 25 % vody, zbytek kapaliny přechází do fyzikálně vázaného stavu. Zavádění vody do materiálu v množství menším, než je přípustné, vede k neúplné hydrataci a větší než přípustné množství vede k tvorbě pórů. V obou případech dochází ke snížení pevnostních charakteristik konstrukce.
Hlavní fáze hydratace
První fází hydratace cementového pojiva je tuhnutí, ke kterému dochází v prvních hodinách po smíchání suchých složek s vodou. Doba začátku tuhnutí a rychlost tohoto procesu jsou určeny následujícími faktory:
- Okolní teplota. Čím vyšší je, tím rychleji proces probíhá. Při pokojové teplotě trvá až tři hodiny, při vysokých teplotách vytvořených v napařovacích komorách – až 20 minut. Při 0 °C může nastavení trvat až 20 hodin.
- Složení pojiva – názvosloví a poměr minerálních složek, použité přísady. Podle GOST 30515-2013 se rozlišují tři kategorie cementů podle rychlosti tuhnutí za standardních podmínek (+20 °C, relativní vlhkost – 75%): pomalu tuhnoucí (začátek procesu – 2 hodiny po smíchání), normální tuhnutí (začátek tuhnutí – od 45 minut do 2 hodin po smíchání), rychlé tuhnutí (začátek tuhnutí – do 45 minut po smíchání cementu s vodou).
- Jemnost mletí – čím jemnější prášek, tím rychleji dojde k tuhnutí.
Míchání plastového materiálu umožňuje krátkodobě oddálit nástup tuhnutí. Ve viskózním produktu, i když je zamíchán, začnou po určité době nevratné procesy, které negativně ovlivňují pevnost vytvrzeného prvku. Stavitelé tento jev nazývají „svařování betonu“. Rychlost tuhnutí a následného tvrdnutí lze změnit přidáním změkčovadel a dalších přísad do složení malty nebo betonu.
Další delší fází po tuhnutí je tvrdnutí cementu. Tento proces, který obvykle začíná do 7 hodin po hydrataci, může trvat několik let. Během prvních 70 dnů získá vytvořená struktura přibližně 28% pevnosti. 90 dní po nalití získá roztok nebo směs sílu značky. Je to přibližně 95–XNUMX % maxima, jehož dosažení trvá několik let.
Pro získání vysoce kvalitního konečného produktu jsou zajištěny normální podmínky tvrdnutí cementu. K tomu potřebujete:
- Chraňte strukturu před nejmenšími mechanickými vlivy, protože vazby vytvořené v počátečních fázích hydratace jsou křehké. Snadno se zničí a nelze je obnovit.
- První 2-3 týdny, aby došlo k normální hydrataci, vytvořte vlhké prostředí a chraňte konstrukci před přímým slunečním zářením.
- Vyhněte se náhlým změnám teploty. K tomu je konstrukce pokryta malou vrstvou písku nebo pilin a pokryta izolačními rohožemi.
Taková opatření přijatá během tvrdnutí cementu sníží smršťování konstrukce a zabrání vzniku trhlin a deformací.
Závislost procesu hydratace na chemickém složení cementu
Mechanismus tuhnutí a tvrdnutí cementu závisí na nomenklatuře a procentuálním zastoupení pojivových složek. Některé z nich začnou interagovat s vodou v počáteční fázi hydratace, jiné – po určité době.
Složení portlandského cementu zahrnuje:
- C2S – křemičitan vápenatý. Tato složka nereaguje s vodou okamžitě, ale asi měsíc poté, co produkt dosáhne pevnosti značky. Dlouhodobě pozitivně ovlivňuje pevnostní vlastnosti betonu. Použití změkčovadel urychluje vstup dikalciumsilikátu do reakce tvrdnutí cementu.
- C3S – trikalciumsilikát. Tato složka se podílí na interakci s vodou od samého počátku přípravy směsi nebo roztoku a po celou dobu hydratace. Největší přínos však přináší v období, kdy materiál nabývá na pevnosti.
- C3A – trikalciumhlinitan. Podporuje zvýšení pevnosti materiálu v prvních dnech tuhnutí. V pozdější době přestane fungovat.
- C4AF – tetrakalcium aluminoferit. Účinkuje již při tuhnutí. Zlepšuje vlastnosti betonu v posledních fázích vývoje pevnosti.
Jak můžete urychlit nebo zpomalit tuhnutí a tvrdnutí cementu?
Při provádění stavebních prací často nastávají situace, které vyžadují zkrácení doby tuhnutí a tvrdnutí cementu, tento problém lze vyřešit použitím speciálních přísad. Budou potřeba při provádění betonáže v zimních podmínkách nebo při nutnosti zvýšit tempo výstavby.
Nejoblíbenější urychlovače tvrdnutí cementu:
- 4% dusičnan vápenatý nebo dusičnan sodný, dusitan-dusičnan vápenatý nebo chlorid vápenatý, dusitan-dusičnan síran sodný;
- 2% síran sodný;
- 2% chlorid vápenatý – používá se pro vyztužené konstrukce;
- 3% chlorid vápenatý – určeno pro nevyztužené betonové prvky.
Zpomalovače hydratace cementu se používají především při výstavbě rozsáhlých staveb – velkorozměrové základy, bazénové mísy, vodní stavby a podzemní objekty.
Funkce retardérů plní změkčovadla a hyperplastifikátory. Použití takových přísad umožňuje zachovat mobilitu betonových roztoků a jejich výkonnostní charakteristiky po dobu 24-48 hodin po smíchání pojiva s vodou.
Hydratace cementu je důležitý proces, který musí probíhat v souladu s pravidly stanovenými státními předpisy a projektovou dokumentací pro konkrétní stavební projekt. Díky vývoji široké škály přísad je možné v širokém rozsahu regulovat nástup a rychlost tuhnutí plastového materiálu, jeho pohyblivost, pevnost v různých fázích tuhnutí, odolnost proti korozi a další vlastnosti.
- Stavitel s 20letou praxí
- Expert na rostlinu “Mladý Udarnik”
V roce 1998 absolvoval St. Petersburg State Polytechnic University, studoval na katedře stavebního inženýrství a aplikované ekologie.
Podílí se na vývoji a realizaci opatření k zamezení uvolňování nekvalitních výrobků.
