Bmf-avtomost.ru

БМФ Автомост
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Твердение цемента

Твердение цемента

Цемент – популярный строительный материал, получаемый искусственным путем. Он представляет собой мелкодисперсный порошок, который при взаимодействии с водой превращается в пластичную массу, способную затвердевать даже в условиях высокой влажности. Физико-химический процесс взаимодействия цемента с водой называется гидратацией. В результате его протекания растворы и смеси, изготовленные на базе цементного вяжущего, после твердения приобретают высокую прочность, водонепроницаемость, устойчивость к температурным перепадам.

Особенности реакции, как влияют компоненты

Основой цемента любой марки составляют 4 минеральных соединения в разных пропорциях входящие в строительную смесь:

  • C3S трёхкальциевый силикат;
  • C3A трёхкальциевый алюминат;
  • C2S двухкальциевый силикат;
  • C4AF четырёхкальциевый алюмоферрит.

Любой из них вступая в контакт с водой по-своему влияет на химический процесс в отдельных временных отрезках нелинейного графика превращения раствора в каменный монолит.

Трехкальциевый силикат C3S активно участвует в процессе кристаллизации раствора в монолит на всем его протяжении. Эта химическая реакция носит изотермический характер, и соединение C3S с водой обеспечивает выделение тепла при замесе, затем снижение нагрева при перемешивании. В период схватывания энергия выделяется интенсивно и в дальнейшем, на этапе нормального твердения, 28 суток постепенно снижается.

Трехкальциевый алюминат C3A отвечает за процесс схватывания раствора. Именно его взаимодействие с водой приводит к выделению тепла при схватывании в первое время после заливки. По мере набора прочности активность минерала слабеет, и он прекращает работу.

Двухкальциевый силикат C2S включается в работу при выходе процесса нормального твердения на финиш (90% набора прочности бетона), то есть примерно через месяц соединения цементной смеси с водой. Его действие продолжает укреплять изделия из бетона после достижения заявленной прочности. Введение пластификаторов в смесь может сократить месячный промежуток времени и заставить работать этот компонент раньше без потери качества.

Читайте так же:
Состав цементного раствор м400

Четырехкальциевый алюмоферрит C4AF работает как катализатор на финишном отрезке твердения бетона. Взаимодействуя с водой, двухкальциевым силикатом C2S, а также модифицирующими добавками он существенно улучшает характеристики бетона.

Гидратация цемента — это длительный процесс взаимодействия его с водой, каждый ингредиент в нем играет основную роль на своем отрезке времени.

Когда нужно ускорить затвердевание

Ускорители в бетон требуются при зимних строительных работах

Процессы схватывания и набора прочности требуют ускорения:

При необходимости производить строительные работы зимой, чтобы уменьшить затраты на прогрев бетона.

Когда нужна ранняя распалубка.

В случае необходимости продолжить строительство раньше, чем через 28 суток.

Для изготовления большого количества мелких бетонных изделий (производство брусчатки, тротуарной плитки).

Для оптимизации прочности.

Добавка-ускоритель нужна при ранней распалубке и при изготовлении штучных бетонных изделий (тротуарной плитки)

Усадка бетона при твердении

Усадку и расширение бетона учитывают при проектировани бетонных конструкций. Процесс твердения бетона сопровождается изменением его объема

При твердении на воздухе бетон дает усадку, при твердении в воде он не изменяется в объеме или незначительно разбухает.

срок твердения бетона

В больших массивах бетон может расширяться вследствие нагревания до 30—60° (в силу внутреннего выделения тепла). Величина этого расширения значительно превосходит усадку. Коэффициент температурного расширения обычного бетона равен 0,00001. Коэффициент усадки в расчетах обычно принимается равным 0,00015, т. е. на 1 м длины бетонного сооружения усадка составляет 0,15 мм.

Усадка вызывается давлением воды в капиллярах цементного камня при ее испарении. Опытами установлено следующее:

  1. усадка бетона тем больше, чем выше содержание в нем цемента и воды;
  2. быстро схватывающиеся и высокопрочные портландцементы, а также пуццолановый портландцемент обычно вызывают большую усадку бетона;
  3. усадка больше при мелкозернистых и пористых заполнителях;
  4. влажный режим твердения и специальные покрытия не дают бетону быстро высыхать с поверхности, тем самым устраняются последствия большой и неравномерной усадки (трещины)
Читайте так же:
Сколько взять песка при приготовлении цементного раствора

Усадку и расширение бетона учитывают при проектировани конструкций и производстве бетонных работ в сооружения большой длины устраивают специальные швы, в массивных сооружениях бетон укладывают отдельными блоками, применяют цементы с минимальными тепловыделением и усадкой. Это особенно важно при выборе цементов для гидротехнических сооружений

Химические реакции

Для тех, кто считает себя специалистом широкого профиля, мы предоставляем краткое технологическое описание происходящих процессов в виде этапных химических реакций:

Компоненты: вода H2O; известь CaO; кварцевый песок SiO2; цемент как смесь элементов CaO, SiO2, AL2O3, Fe2O3 и алюминий Al.

  1. Смеситель — гашение извести: CaO + H2O Ca(OH)2, экзотермический процесс.
  2. Образование гидроалюмината кальция и пористой структуры: 2Al + Ca(OH)2 + 6 H2O -> CaO• AL2O3•4 H2O + 3 H2 (поры).
  3. Автоклавное твердение в течение 12 часов, при температуре 190°C, и давлении 12атмосфер: 6SiO2 + 5 Ca(OH)2 + 5 H2O -> 5CaO•6SiO2•5 H2O (кварцевый песок) (гидроокись кальция) (вода) (гидросиликат кальция, фазы C-S-H).

Силикатные материалы

Клас­си­фи­ка­ция си­ли­кат­ных ма­те­ри­а­лов пред­став­ле­на на схеме 1:

Клас­си­фи­ка­ция си­ли­кат­ных ма­те­ри­а­лов

Схема 1. Клас­си­фи­ка­ция си­ли­кат­ных ма­те­ри­а­лов

Из при­род­ных си­ли­кат­ных ма­те­ри­а­лов из­го­тав­ли­ва­ют об­ли­цо­воч­ную плит­ку и стро­и­тель­ные блоки.

Ис­кус­ствен­ные си­ли­кат­ные ма­те­ри­а­лы – го­раз­до более рас­про­стра­нен­ные стро­и­тель­ные ма­те­ри­а­лы. Сы­рьем для про­из­вод­ства ис­кус­ствен­ных си­ли­кат­ных ма­те­ри­а­лов слу­жат такие при­род­ные ми­не­ра­лы, как квар­це­вый песок, глина, по­ле­вой шпат, из­вест­няк. Также в ка­че­стве сырья ис­поль­зу­ют и от­хо­ды раз­лич­ных про­из­водств (рис. 2):

Сырье для про­из­вод­ства си­ли­кат­ных ма­те­ри­а­лов

Рис. 2. Сырье для про­из­вод­ства си­ли­кат­ных ма­те­ри­а­лов

Про­из­вод­ство си­ли­кат­ных ма­те­ри­а­лов со­став­ля­ют си­ли­кат­ную про­мыш­лен­ность. Рас­смот­рим сущ­ность про­из­вод­ства це­мен­та, ке­ра­ми­ки и стек­ла.

Производство цемента

Си­ли­кат­ным вя­жу­щим сред­ством яв­ля­ет­ся порт­ланд­це­мент, ко­то­рый в быту на­зы­ва­ют про­сто це­мен­том. Со­став це­мен­та можно от­ра­зить с по­мо­щью сле­ду­ю­щей фор­му­лы:

Со­став це­мен­та можно от­ра­зить с по­мо­щью сле­ду­ю­щей фор­му­лы.

Про­из­вод­ство це­мен­та вклю­ча­ет две ос­нов­ные ста­дии: 1. про­из­вод­ство клин­ке­ра; 2. из­мель­че­ние клин­ке­ра. Ос­нов­ным сы­рьем для про­из­вод­ства це­мен­та яв­ля­ют­ся глина, из­вест­няк и мел.

Читайте так же:
Сухоложский цемент зеленая упаковка

В со­став из­вест­ня­ка и мела вхо­дит кар­бо­нат каль­ция (СаСО3). Глина – это алю­мо­си­ли­кат. При об­жи­ге смеси мела, из­вест­ня­ка и глины сна­ча­ла про­ис­хо­дит ис­па­ре­ние воды, затем раз­ла­га­ют­ся кар­бо­нат каль­ция и при­ме­си:

Производство цемента. При об­жи­ге смеси мела, из­вест­ня­ка и глины сна­ча­ла про­ис­хо­дит ис­па­ре­ние воды, затем раз­ла­га­ют­ся кар­бо­нат каль­ция и при­ме­си

На за­клю­чи­тель­ной ста­дии про­ис­хо­дит спе­ка­ние ок­си­дов каль­ция, алю­ми­ния и крем­ния, об­ра­зу­ет­ся од­но­род­ная твер­дая масса – клин­кер. При из­мель­че­нии клин­ке­ра по­лу­ча­ет­ся по­ро­шок, ко­то­рый и на­зы­ва­ет­ся порт­ланд­це­мен­том.

Про­цесс за­твер­де­ва­ния це­мен­та объ­яс­ня­ет­ся тем, что алю­мо­си­ли­ка­ты, вхо­дя­щие в его со­став, ре­а­ги­ру­ют с водой с об­ра­зо­ва­ни­ем ка­ме­ни­стой массы.

При сме­ши­ва­нии це­мен­та с водой и реч­ным пес­ком по­лу­ча­ет­ся це­мент­ный рас­твор. Смесь це­мент­но­го рас­тво­ра с гра­ви­ем об­ра­зу­ет бетон. Бе­тон­ные со­ору­же­ния по­лу­ча­ют­ся еще более проч­ны­ми, если в бетон за­кла­ды­ва­ют кар­кас из же­лез­ных стерж­ней. Такой стро­и­тель­ный ма­те­ри­ал на­зы­ва­ет­ся же­ле­зо­бе­то­ном.

Производство керамики

Ос­нов­ным сы­рьем для про­из­вод­ства ке­ра­ми­че­ских из­де­лий яв­ля­ет­ся глина. Из­го­тов­ле­ние этих из­де­лий ос­но­ва­но на свой­стве глины при сме­ши­ва­нии ее с неболь­шим ко­ли­че­ством воды об­ра­зо­вы­вать пла­стич­ную массу. Этой массе можно при­дать любую форму, ко­то­рая со­хра­ня­ет­ся после ее вы­сы­ха­ния и за­креп­ля­ет­ся по­сред­ством об­жи­га при вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ре.

Ке­ра­ми­че­ские из­де­лия под­раз­де­ля­ют­ся на по­ри­стые – фаянс, кир­пич, ог­не­упо­ры – и спек­ши­е­ся – фар­фор. Из­де­лия из фа­ян­са и фар­фо­ра спе­ци­аль­но по­кры­ва­ют гла­зу­рью. Для этого после об­жи­га на по­верх­ность из­де­лия на­но­сят смесь квар­це­во­го песка и по­ле­во­го шпата, после чего про­во­дят по­втор­ный обжиг. Часто перед по­кры­ти­ем гла­зу­рью на по­су­ду на­но­сят ри­су­нок.

Производство стекла

Сы­рьем для про­из­вод­ства обыч­но­го стек­ла слу­жат чи­стый квар­це­вый песок, сода и из­вест­няк. Эти ве­ще­ства тща­тель­но пе­ре­ме­ши­ва­ют и под­вер­га­ют силь­но­му на­гре­ва­нию (до 1500 °С). Об­ра­зо­вав­ши­е­ся си­ли­ка­ты на­трия и каль­ция спе­ка­ют с из­быт­ком реч­но­го песка:

Производство стекла

Стек­ло не яв­ля­ет­ся ин­ди­ви­ду­аль­ным ве­ще­ством, это сплав несколь­ких ве­ществ. При­мер­ный со­став обыч­но­го стек­ла можно вы­ра­зить фор­му­лой При­мер­ный со­став обыч­но­го стек­ла можно вы­ра­зить фор­му­лой. Если кар­бо­нат на­трия за­ме­нить кар­бо­на­том калия, то по­лу­чит­ся более ту­го­плав­кое стек­ло (хи­ми­че­ское).

Читайте так же:
Цемент по виду вяжущего

Если в ка­че­стве сырья берут поташ (кар­бо­нат калия), оксид свин­ца (II) и реч­ной песок, то по­лу­ча­ют хру­сталь­ное стек­ло. Это стек­ло силь­но пре­лом­ля­ет свет и по­это­му при­ме­ня­ет­ся в оп­ти­ке для линз и призм. Из него из­го­тов­ля­ют также хру­сталь­ную по­су­ду.

Для по­лу­че­ния цвет­ных сте­кол к сырью до­бав­ля­ют ок­си­ды раз­лич­ных ме­тал­лов. При до­бав­ле­нии ок­си­да ко­баль­та (II) по­лу­ча­ют синее стек­ло. Оксид хрома (III) при­да­ет стек­лу зе­ле­ный цвет, оксид меди (II) – сине-зе­ле­ный

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector