Mezi hlavní technické vlastnosti portlandského cementu patří:
– skutečná hustota,
– průměrná hustota,
– jemnost mletí,
– čas tuhnutí,
– normální hustota (potřeba vody cementu),
– rovnoměrnost změny objemu cementové pasty,
– pevnost ztvrdlé cementové malty.
Skutečná hustota cementu je v rozmezí 3000 . 3200 kg/m3, objemová hmotnost ve sypkém stavu je 900 . 1300 kg/m3, ve zhutněném (sbaleném) stavu – 1200 . 1300 kg/m3.
Jemnost mletí характеризуется остатком на сите № 08 или удельной поверхностью, проверяемой на специальном приборе ПСХ. Согласно ГОСТ через сито № 08 должно проходить не менее 85 % массы пробы, удельная поверхность при этом (поверхность зерен цемента общей массой 1 г) должна быть 2500 … 3000 см 2 /г.
Normální tloušťka cementové pasty (množství vody v % hmotnosti cementu) je určeno ponořením paličky namontované na tyči zařízení Vicat a pohybuje se v rozmezí 21 . 28 %. Záleží na mineralogickém složení cementu a jemnosti mletí.
Nastavení času zkontrolováno přístrojem Vicat na cementové pastě normální tloušťky. Podle požadavků GOST by začátek tuhnutí neměl být dříve než 45 minut; konec – nejpozději do 10 hodin (normálně – 2 . 3 hodiny),
Если в цементе в результате нарушений технологического процесса при изготовлении окажется много свободных осадков кальция и магния, то процесс их гашения при затворении цемента водой будет протекать замедленно. Это явление может привести к разрушению уже затвердевшего цементного камня. Для предотвращения подобных явлений при оценке качества цемента и proveďte test rovnoměrnosti změny objemu.
Jednou z hlavních vlastností cementu je síla, který je stanoven včas testováním vzorků (nosníků) o rozměrech 40 x 40 x 160 mm, nejprve na ohyb a poté testováním polovin na tlak.
Nosníky se připravují z roztoku o složení 1:3 (1 hmotnostní díl cementu, 3 díly normálního Volského písku) s poměrem voda-cement (poměr množství vody k množství cementu) rovným 0,4. Poměr voda-cement se zase kontroluje a v případě potřeby upravuje roztavením kužele na třepacím stole. Roztečení komolého kužele z maltové směsi, vyrobené ve formě o výšce 60 mm a horní základně o vnitřním průměru 70 mm a spodní základně 100 mm, po 30 zatřesení by mělo být v rozmezí 106 . 115 mm. Při absenci třepacího stolu se testy provádějí na standardní laboratorní vibrační platformě. V tomto případě by po 20 sekundách vibrací měl být rozptyl (170 ± 5) mm.
Твердение цемента. Kalení portlandského cementu je složitý fyzikální a chemický proces. Při smíchání cementu s vodou se hlavní minerály, rozpouštějící se, hydratují podle rovnic:
Vzniklé novotvary se od původních liší nižší rozpustností a při vysrážení krystalizují, což vede ke ztrátě plasticity (tuhnutí) a následnému tvrdnutí. Přídavek sádry na samém začátku procesu během rozpouštění interaguje s hlinitanem vápenatým za vzniku hydrosulfoaluminátů, které obalují cementová zrna a zpomalují proces rozpouštění a hydratace. Následně se však tyto skořápky ničí (čím méně sádry, tím kratší prodleva) a proces vytvrzování se urychluje. Ale samotné krystalizující novotvary začnou narušovat hydrataci, takže značná část cementových zrn může být hydratována v přítomnosti vodného prostředí po velmi dlouhou dobu, měřeno i v letech.
Čím více alitu obsahuje, tím rychleji cement tvrdne. (alitové cementy) a трехкальциевого алюмината. С течением времени процесс твердения резко замедляется. Цементы, содержащие много белита (белитовые цементы), в раннем возрасте твердеют медленно; нарастание прочности продолжается длительно и равномерно. Процессы твердения и особенно схватывания сопровождаются выделением теплоты, которая тем интенсивнее, чем быстрее протекает процесс схватывания. Поэтому в массивных конструкциях, как правило, применяют белитовые цементы. Использование в таких конструкциях алитовых цементов может привести к интенсивности тепловыделению, разогреву до высокой температуры (70 … 80 °С), появлению трещин и даже потере воды, что в итоге приведет к утрате цементным камнем своих качеств. В то же время применение алитовых цементов позволяет быстрее получить минимальную прочность, а интенсивное тепловыделение обеспечивает в некоторых случаях необходимую для твердения температуру в зимних условиях.
Když cement tvrdne na vzduchu, dochází k mírnému smršťování a ve vodě k bobtnání.
Charakteristickým znakem minerálů portlandského cementu (alit, belit, trikalciumhlinitan, tetrakalciumhlinitoferit) je jejich schopnost reagovat s vodou a vytvářet struktury, které mají dostatečnou soudržnost a adhezní pevnost, schopné ve výsledku vytvořit tuhnoucí monolitické těleso, nabývající zatékáním. nejvyšší čas síla. Procesy probíhající v tomto případě jsou složité a mohou. v přiblížení jsou uvažovány ze 2 hledisek – chemické. a fyzikálně-chemické
Zvážit x-r bas. chem. procesy při tuhnutí cementu. Než přejdeme k úvahám o výsledných produktech hydratace jednotlivých ložisek nerostů, podotýkáme, že v úvodu. v okamžiku, kdy cement interaguje s vodou, je kapalná fáze „cement – voda“ rychle obohacena o alkálie a vápno získané hydrolýzou minerálu C3S a sádra. Proto všechny procesy probíhají v alkalickém prostředí. která určuje průběh chemického procesu. reakce, usnadňující produkci hydratačních produktů vyššího stupně zásaditosti. Bezprostředně po smíchání cementu s vodou dochází k rychlé interakci alitu (C3S) s vodou podle schématu:
Vápno produkované hydrolýzou je důvodem nízké odolnosti portlandského cementu vůči vodě.
Белит только гидратируется:
Reakce je pomalá. Když teplota stoupá, je možná hydrolýza belitu s uvolňováním Ca(OH)2 и образование низкоосновного гидросиликата кальция типа тоберморита (mCaO·SiO2nH2) m=0,8 – 1,5.
Hlinitan vápenatý prudce reaguje s vodou a tvoří hydrát:
Vzniklý hydrát vytváří sypkou, křehkou krystalickou strukturu, která způsobuje okamžité (falešné) tuhnutí těsta. Pro zpomalení této reakce se do cementu přidává sádra. V důsledku toho C3А сначала реагирует с гипсом, образуя ГСАК (гидросульфоалюминат кальция):
Dokud není sádra zcela spotřebována, C3A nereaguje s vodou. GSAC je objemově 2x větší než původní produkty, ze kterých se získává. Tetrakalciumhlinitý ferit hydratuje a hydrolyzuje:
Výsledný hydroferit může zvýšit zásaditost vazbou hydroxidu vápenatého uvolněného během hydrolýzy C3S a jděte do sloučeniny Fe.
Cementový kámen se po vytvrzení skládá z: hydroxidu vápenatého; 2-hydrát křemičitanu vápenatého s příměsí méně zásaditých křemičitanů vápenatých podobných tobermritu; hydrosulfoaluminát vápenatý; hydroaluminát vápenatý; hydroaluminoferit vápenatý; nezreagované zbytky cementových zrn apod.
Složení tvrzeného cementového kamene vysvětluje trvanlivost kamene v konkrétním provozním prostředí, ale na základě složení nelze vysvětlit důvody vzniku pevnosti kamene. Proto je neméně důležitý při zvažování procesů kalení integrovaný přístup, který bere v úvahu fyzikální a chemické vlastnosti. jevy vyskytující se při tvorbě struktury tvrdnoucího cementového kamene.
Mezi četnými pracemi věnovanými této problematice z hlediska jejího historického vývoje nejvíce zaujmou názory Le Chapeliera, Michaelise, Baikova i moderní myšlenky založené na nejnovějších výzkumech v této oblasti.
Le Chapelier předložil v roce 1882 krystalizační teorii tvrdnutí cementu: pojivo smíchané s vodou se v něm rozpouští a tvoří hydrátové sloučeniny, které, protože jsou méně rozpustné, rychle nasycují roztok, vypadávají ve formě krystalů, hromadí se, spojují se , tvořící monolit.
Michaelis předložil v roce 1893 koloidní teorii tvrdnutí cementu: nejreaktivnější minerály se rozpouštějí, ale krystaly uvolněné z roztoku hrají sekundární roli při vytváření struktury a pevnosti kamene; Michaelis přisuzoval hlavní význam ve zvýšení pevnosti kalciumsilikátovým hydrogelům vzniklým v důsledku přímého přidání vody do cementových zrn (bobtnání). K tvrdnutí cementu dochází v důsledku zhutňování hydrogelů (koloidů) při jejich postupné dehydrataci pro další hydrataci a následně jejich rekrystalizaci.
Podle Baikova (1923) je nárůst pevnosti během tvrdnutí cementu vysvětlen kombinací koloidačních a krystalizačních procesů: jakékoli hydratačně tvrdnoucí pojivo prochází fází koloidního stavu, i když nakonec vytváří jasně definované krystalické srůsty. Baikov rozdělil proces vytvrzování pojiv do 3 období:
1) Rozpouštění. Vznikají nasycené roztoky, ve kterých se začínají objevovat jádra nových fází (GSAC).
2) Koloidace (gelovatění). Je nedostatek volné vody, vzniká koloidní hmota, dochází k tuhnutí. Tento stupeň spočívá v přímém přidání vody k pojivu a tvorbě hydrátových sloučenin s vysokou koloidní disperzí.
3)Кристаллизация. Происходит перекристаллизация гелей, образуются кристаллические сростки (монолиты).
Эти периоды наступают не в стройной последовательности, а налагаются друг на друга, т. е. могут протекать //-но, с преобладанием того или иного из них, в соответствии с действующими перенасыщениями.
Další výzkum procesů tvrdnutí cementu probíhá ve 2 směrech: 1) výzkum mechanismu a kinetiky hydratace cementových sloučenin; 2) objasnění mechanismu tvorby struktury, tj. mechanismu syntézy pevnosti cementového kamene.
V prvním směru neexistuje shoda v tom, zda dochází k tvorbě hydrátu. spojení pouze přes roztok, nebo topochemicky, nebo probíhají oba procesy. Avšak bez ohledu na pochopení mechanismu tvorby hydrátových sloučenin je nyní stanoveno a obecně přijímáno, že v cementovém kameni se tvoří dva typy hydrátových formací. Základní Hmotnost sloučenin je přibližně 1–75 % zastoupena hydrosilikáty vápenatými, které mají velmi vysoký stupeň disperze, blízký koloidnímu. Obvykle se jim říká gelovitá složka cementového kamene. Kromě nich vznikají další sloučeniny s jasně definovanou krystalickou mikrostrukturou. Patří sem: hydrát oxidu vápenatého, hydrosulfoaluminát vápenatý (HSAA).
Установлено также, что образующиеся гидраты выделяются в непосредственной близости от пов-ти цемента и по мере развития процессов гидратации новообразования создают вокруг зёрен исходного цемента гидратные оболочки, состоящие в основном из гелевидных гидросиликатов, в среде к-х различаются более крупные кристаллы – гидраты. В рез-те зёрна цемента разбухают, увеличиваются в объёме и через нек-рое время начинают непосредственно контактировать др. с др. Водная прослойка исчезает. В рез-те возникает структура – пространственная сетка, называемая коагуляционной структурой, – и образуется она путём беспорядочного сцепления отдельных сальватированных зёрен цемента с пом. вандервальсовых сил молекулярного притяжения. Этот момент соотв-т началу схватывания. Образовавшаяся структура явл-ся непрочной, её можно легко разрущить механическим встряхиванием, вернуть всё обратно в жидко-текучее состояние, однако сразу после прекращения встряхиваний структура моментально восстанавливается. Такой перевод можно повторить многократно. Это явление наз-ся тиксотропия и на нём основана технология уплотнения бетонной смеси.
Tvorba koagulační struktury je důležitým stupněm při tvorbě struktury cementového kamene, protože k následné tvorbě krystalizační struktury dochází na pozadí ustálené a pevné koagulační struktury. Následuje dlouhé období otužování s postupným přibýváním srsti. pevnost v důsledku zhutnění struktury v důsledku zvětšení objemu pevné fáze a zvýšení stupně krystalinity nových útvarů. Struktura cementového kamene je podle Jungova obrazného vyjádření mikrobeton, ve kterém jsou hrubým kamenivem zbytky cementových zrn, která nevstoupila do reakcí, gelová složka, krystaly a roztok. Vlastnosti cementu závisí na poměru všech složek.
В. Н. Юнг ввел представление о цементном камне как o mikrobetonu, sestávající z gelových a krystalických produktů hydratace cementu a četných inkluzí ve formě nehydratovaných zrn slínku. Většina nových útvarů se při interakci cementu s vodou získává ve formě gelovité hmoty, sestávající převážně ze submikrokrystalických částic hydrokřemičitanu vápenatého. Gelovitá hmota je prostoupena relativně velkými krystaly Ca(OH)2. Tato unikátní „kombinovaná“ struktura předurčuje specifické vlastnosti cementového kamene, které se výrazně liší od vlastností jiných materiálů: kovů, skla, žuly atd. Například přítomnost gelové složky je spojena se smršťováním cementového kamene při tvrdnutí na vzduchu a bobtnání ve vodě, vlastnosti práce pod zátěží. a další vlastnosti.
Цементный камень включает: 1) hydratační produkty prvku: a) hydrosilikátový gel draselný a jiné novotvary s koloidními vlastnostmi; b) relativně velké krystaly Ca(OH)2 a ettringit, 2) nezreagovaná zrna slínku, jehož obsah klesá s hydratací cementu; 3) tradice: a) gelové póry (méně než 0,1 mikronu); b) kapilární póry (od 0,1 do 10 μm) umístěné mezi agregáty gelových částic; c) vzduchové póry (od 50 mikronů do 2 mm), vyplněné vzduchem nasávaným vakuem způsobeným kontrakcí nebo zapojené při přidávání speciálních provzdušňovacích látek zvyšujících mrazuvzdornost.
Klasifikace gelových pórů podle velikosti byla uvedena R. Kondo a M. Dimonem (velikost pórů v této klasifikaci je charakterizována polovičním hydraulickým poloměrem): 1) velmi malé póry pronikající částice gelu: interkrystalické póry o velikosti menší než 0,6 km a intrakrystalické póry do 16 nm; 2) větší póry mezi částicemi gelu – až 0,1 mikronu. Všechny tyto póry jsou strukturně vlastní cementovému gelu, to znamená, že v gelu jsou vždy póry, protože se jedná o dispergovaný systém skládající se z částic koloidní úrovně a jejich agregátů, oddělených prostorem pórů. V závislosti na složení cementu, počátečním množství vody a technologii může být pórovitost gelu 28 – 40 % objemu gelu, přičemž pórovitost (tj. 7 – 12 %) je přibližně ‘/~ – ‘/a pro objem kontrakce.
Контракция (стяжение) – зто явление уменьшения абсолютного объема системы (цемент+вода) в процессе гидратации. Для примера рассмотрим систему:
Absolutní objem reagujících látek – CaO a vody – bude 196,97 cm’ a objem hydrohlinitanu pouze 150,11 cm’. Proto kontrakce v tomto příkladu byla 46,86 cm’. Protože kontrakce téměř nezmenšuje vnější objem systému, jeho důsledkem je tvorba hydratovaného cementu. objem kontrakce. V cementovém kameni a betonu vzniká vakuum, pod jehož vlivem se tyto póry zaplní vodou nebo vzduchem v závislosti na prostředí, ve kterém cementová pasta tvrdne. Kontrakce pro běžné portlandské cementy, smíchané s vodou po 28 dnech tvrdnutí, je 6 – 8 litrů na 100 kg cementu, tj. v 1 m betonu se spotřebou pojiva 300 kg/m’, objem kontrakce zaujímá 18 – 24 litrů.
Každý cementový minerál je charakterizován kontrakcí; začíná po smíchání s vodou a dosahuje maxima při plné hydrataci.
Voda je aktivní živel struktura cementového kamene, podílející se na tvorbě hydrátových sloučenin a na tvorbě pórů. Pórovitost cementového kamene závisí nejen na počátečním poměru voda-cement, ale také na formách komunikace mezi vodou a pevnou fází.
Podle klasifikace P. A. Rebindera, založené na principu vazebné energetické náročnosti, existují tři formy komunikace voda v cementovém kameni: chemikálie связь является наиболее сильной. Химически связанная вода удаляется при прокаливании. Количество химически связанной воды обычно выражают в % или долях от массы цемента; fyzikálně-chemické связь характерна для адсорбционно связанной воды, находящейся в порах цементного геля; связь эта нарушается при высушивании; fyzikálně-mechanické spojení – в данном случае капиллярное давление – обусловливает удержание воды в капиллярных порах цементного камня. Адсорбционно связанная и капиллярная вода, удаляемая при высушивании, называется еще испаряемой. Потери при прокаливании высушенной пробы цементного камня определяют химически связанную (неиспаряемую) воду.
cementový kámen, bytost minerální Lepidlo, které drží zrna plniva pohromadě, musí mít dostatečnou vnitřní pevnost a adhezi, tj. dobře přilnout (srůst spolu) se zrny plniva. Tyto vlastnosti cementového kamene závisí na kvalitě a množství nových útvarů, objemu a charakteru pórů.
