Химическая реакция, происходящая между цементом и водой, известна как гидратация цемента. Эта реакция является экзотермической по своей природе, что означает выделение тепла во время реакции, а выделившееся тепло называется теплота гидратации.
Обычно цемент выделяет 89-90 кал/гм тепла за 7 дней и 90-100 кал/гм за 28 дней. Гидратация не является мгновенным процессом, и для полной гидратации частиц цемента могут потребоваться годы.
В цементе присутствуют четыре типа соединений, а именно C3A, C4AF, C3S и C2S, известные как соединения Боге, которые участвуют в химической реакции.
Гидратация этих соединений приводит к образованию определенных продуктов, что в свою очередь приводит к схватыванию и затвердеванию цемента и, как следствие, превращению в затвердевшую прочную массу.
Основные продукты гидратации
1. Гидрат силиката кальция
Как только вода добавляется к частицам цемента, C3S и C2S реагируют с водой, образуя гидрат силиката кальция (C-S-H) и гидроксид кальция (Ca(OH)2).
Химическая реакция выглядит так, как показано ниже:
2C3S + 6H —– C3S2H3 + 3Ca(OH)2
2C2S + 4H —– C3S2H3 + Ca(OH)2
Продукт C-S-H также известен как гель тоберморита.
Термин C-S-H является дефисным, поскольку не существует четко определенного соотношения CaO и SiO2. Его состав в гидратированном продукте колеблется в пределах 50-60%. Это самый важный из всех продуктов и отвечает за все хорошие свойства бетона, т.е. прочность, долговечность и т.д.
Было обнаружено, что при гидратации C3S образуется меньше C-S-H, чем Ca(OH)2, по сравнению с гидратацией C2S. Кроме того, качество и плотность C-S-H, полученного C3S, уступает C2S.
2. Гидроксид кальция
Ca(OH)2 – еще один продукт гидратации C3S и C2S. Он составляет от 20 до 25% затвердевшего объема гидратированной цементной пасты. Гидроксид кальция помогает поддерживать значение pH 13 вокруг арматуры, что действует как пассивный защитный слой, предотвращающий коррозию арматуры. Это единственное преимущество присутствия гидроксида кальция в бетонной массе.
Это приводит к снижению прочности бетона по следующим трем причинам:
Таким образом, видно, что Ca(OH)2 в основном нежелателен в бетоне, но благодаря его способности защищать арматуру, его ценность нельзя полностью отрицать.
3. Гидрат алюмината кальция
C3A и C4AF – это алюминаты, присутствующие в цементе, которые после гидратации превращаются в гидрат алюмината кальция. C3AH6 и C3FH6 являются относительно стабильными соединениями гидратации C3A и C4AF, соответственно.
Эти продукты гидратации не придают бетону никакой прочности или уникальных свойств; напротив, их присутствие вредно для бетона, особенно в тех случаях, когда бетон подвержен сульфатному воздействию.
4. Эттрингит
Хорошо известно, что из-за быстрой гидратации C3A и C4AF происходит быстрое схватывание цемента, что может привести к образованию трещин в бетоне. Для предотвращения этого явления при производстве цемента добавляют гипс (CaSO4), который снижает растворимость C3A и C4AF и контролирует процесс схватывания.
Сульфат гипса вступает в реакцию с C3A и C4AF и образует сульфат алюмината кальция, также известный как эттрингит.
Следует отметить, что это соединение образуется до затвердевания бетона, и поэтому первичное образование эттрингита не приводит к каким-либо вредным последствиям для бетона. Это же соединение становится вредным для бетона, если оно образуется после затвердевания бетона.
Это явление широко известно как отложенное образование эттрингита (DEF), что приводит к образованию микротрещин в бетоне, делая его пористым и менее прочным.
Часто задаваемые вопросы о продуктах гидратации цемента
Дать определение гидратации цемента?
Химическая реакция, происходящая между цементом и водой, известна как гидратация цемента. Эта реакция является экзотермической по своей природе, что означает, что во время реакции выделяется тепло, и выделяемое тепло называется теплота гидратации.
Какие четыре основных компонента входят в состав цемента?
В цементе присутствуют четыре типа соединений, а именно C3A, C4AF, C3S и C2S, известные как соединения Боге, которые участвуют в химической реакции.
Что такое эттрингит в цементе?
Сульфат, содержащийся в гипсе, вступает в реакцию с C3A и C4AF и образует сульфат алюмината кальция, также известный как эттрингит.
Читайте далее:- Коррозия стальной арматуры в бетоне – причины и защита.
- Гипсовые изделия и свойства в качестве строительного материала для строительства.
- Силикат лития Химический упрочнитель для бетона.
- Сульфатная атака на бетон – процесс и контроль сульфатной атаки.
- Роль гипса в цементе и его воздействие.
- Свойства затвердевшего бетона с доменным шлаком (GGBFS).
- Соединения в цементе и их влияние на прочность бетона.