+380-44-491-08-58 +380-68-375-11-11
Пластификаторы Киев

Гидратация цемента (схватывание и твердение).

Схватывание и твердение цемента

Всем известно, что, взаимодействуя с водой, цемент становится твердым и преобразуется в цементный камень. Но не всякий задумывается о сути этого дпроцесса: как затвердевает, по какой причине, что служит катализатором и как можно варьировать продолжительность затвердевания. И сегодня именно благодаря изучению и пониманию всех гидратационных процессов ученые создают новые усовершенствованные добавки для бетона или раствора. Их особый состав воздействует на процессы, которые происходят в момент затвердевания цементной смеси.

Сегодня при производстве бетона, люди имеют прекрасную возможность использовать эти добавки в свою пользу. Таким образом можно значительно снизить, избавиться от лишних затрат цемента, улучшить качественные характеристики продукции в целом (водонепроницаемость, морозостойкость, пластичность, прочность и прочее…), а так же проводить бетонирование зимой без специализированного оборудования. Такие изменения реальны, и они возможны благодаря специальным добавкам для бетона или раствора. С полным перечнем нашего ассортимента добавок в бетоны и растворы можно ознакомиться в разделе нашего сайта: plastificator.com.ua/продукция/добавки-для-растворов-и-бетонов/

Процесс затвердевания бетона можно условно разделить на две стадии:

  • Схватывание - это достаточно непродолжительная по времени стадия, которая длится в первые 24 часа жизни смеси. Важно заметить, что время схватывания во многом зависит от температуры воздуха. К примеру, если окружающая температура составляет +20С, то цемент начинает схватываться приблизительно спустя 2 часа после замешивания цементного раствора. Схватывание заканчивается через 3 часа. Таким образом, процесс схватывания цемента длится всего 1 час. Однако, если окружающая температура близка к 0С, то процесс может продлиться от 15 до 20 часов. При 0С схватывание только начинается через 6–10 часов с момента замешивания бетона. Также на скорость схватывания можно повлиять специализированными добавками: ускоритель схватывания и замедлитель схватывания.

Следует помнить, что во время всего периода схватывания цементный раствор остается подвижным, то есть на него все еще можно оказать воздействие. Здесь имеет место понятие тиксотропии. То есть пока вы воздействуете на не застывший окончательно цемент, процедура схватывания растягивается. Именно по этому принципу работают все смесители, которые постоянно «шевелят» цементные смеси, сохраняя при этом их основные качества.

  • Твердение - это следующий процесс, наступающий сразу после схватывания цемента. По сути, твердение бетона происходит постепенно и может растянуться на годы. Описанный срок в 28 суток указывается лишь затем, чтобы определенная марка бетона гарантированно обладала определенной маркой бетона на тот или иной отрезок времени. Стоить иметь в виду, что график твердения цемента в первые несколько дней динамичный и нелинейный. Почему так происходит и что служит причиной затвердевания цемента, подробно описывает процесс гидратации.

Минералогический состав, гидратация цемента

Будет излишне описывать здесь все стадии получения портландцемента, поэтому перейдем сразу к составу цемента. Рассмотрим конкретно состав цемента и все его основные компоненты, которые участвуют в реакции с водой при затвердении цементного раствора. Итак, приступим.
В основе любого портландцемента лежат четыре минерала, которые получаются в результате всех этапов цементного производства:

  • C2S двухкальциевый силикат;
  • C3S трехкальциевый силикат;
  • C3A трёхкальциевый алюминат
  • C4AF четырехкальциевый алюмоферит.

Причем каждый из минералов имеет свои особенности и свое специфическое воздействие на разных стадиях схватывания цемента. Некоторые из них сразу вступают в реакцию с водой, другие - некоторое время спустя. Предлагаем рассмотреть реакцию каждого минерала более подробно:

C2S двухкальциевый силикат 2CaO x Si02

Этот минерал начинает воздействовать только через месяц после затвердения цемента. До этого времени он просто как бы находится в режиме покоя и ждет своей очереди. Однако этот период «простоя» можно существенно сократить путем применения специальных цементных добавок. Главный плюс этого минерала в том, что его воздействие длится не один год, укрепляя цементную смесь.

C3S трехкальциевый силикат 3CaO x SiO2

Этот минерал участвует в нарастании прочности цемента на протяжении всего времени. Можно с уверенностью сказать, что это главное звено свей смеси, однако в первые сутки жизни раствора у этого силиката имеется более весомый противник — СЗА, который будет описан чуть ниже. Гидратация цемента - это экзотермический процесс. То есть химические реакции, происходящие во время затвердевания, сопровождаются выделением тепла. Именно благодаря C3S раствор «греется» при замешивании. Нагревание прекращается до самого периода схватывания, после идет интенсивный выброс тепла на протяжении всего этапа схватывания, и только потом мы можем наблюдать постепенное понижение температуры.

Свою основную и самую значимую работу трехкальциевый силикат выполняет лишь в первые 28–30 дней после заливки цементного раствора. Вот это и есть тот самый гарантийный срок марочной прочности, о котором мы говорили вначале. По истечении этого месяца его воздействие на прочность цемента значительно уменьшается.

C3A трехкальциевый алюминат 3CaO x Al2O3

Это, наверное, самый активный из всех вышеперечисленных компонент. Его кипучая деятельность начинается вместе с началом периода схватывания. Именно благодаря этому алюминату происходит нарастание прочности смеси за первые несколько дней. В последующем его влияние на твердение и набор прочности незначительно, однако, что и говорить, по скорости ему нет равных.

C4AF четрыехкальциевый алюмоферит 4CaO x Al2O3 x Fe2O3

Про этот компонент можно подумать, что он вообще лишний в цементной смеси. Однако не стоит его недооценивать. Пусть его влияние на набор прочности и твердение минимально, но без этой составляющей не обходится ни один цемент. Незначительное влияние на прочность состава можно заметить уже на финальных этапах твердения.

Все вышеперечисленные компоненты вступают в химическую реакцию с водой, тем самым обеспечивая нарастание, скрепление и осаждение кристаллов соединений гидратации. По сути, процесс гидратации можно спокойно назвать процессом кристаллизации. Это будет так же правильно и более наглядно.

Многолетние разработки ученых и научные опыты, проведенные в многочисленных испытательных лабораториях и НИИ дали нам возможность прогнозировать и регулировать процесс гидратации цемента. Сегодня без труда можно повлиять на процесс начала и конца схватывания, контролировать подвижность смеси,  значительно повысить характеристики бетона: коррозийную выносливость, морозостойкость, водонепроницаемость и  и так далее. Всем этим мы обязаны специально разработанным добавкам в растворы и бетоны.