Соединения в цементе и их влияние на прочность бетона

Соединения в цементе в основном представлены трикальцийсиликатом, дикальцийсиликатом, трикальцийалюминатом и тетракальцийалюмоферритом. Эти соединения не только контролируют большинство свойств цемента, но и вступают в реакцию с водой для получения новых материалов (гидратация цемента) и, следовательно, отвечают за прочность бетона.

Например, трикальцийсиликат быстро гидратируется и затвердевает, следовательно, выделяет большое количество тепла, в то время как гидратация трех других соединений происходит медленно и, следовательно, теплота гидратации будет намного ниже.

Показано, что трикальцийсиликат и дикальцийсиликат обеспечивают большую часть прочности бетона, но вклад трикальцийалюмината и тетракальцийалюмоферрита в прочность бетона значительно ниже как при ранней, так и при предельной прочности. Стоит отметить, что трикальцийсиликат является единственным соединением, которое обеспечивает высокую раннюю прочность бетона.

Трикальцийсиликат и дикальцийсиликат

Химическая формула трикальцийсиликата (C3S) и трикальцийсиликата (C3S) – 3CaO.SiO2 и 2CaO.SiO2, соответственно. Два силиката, а именно C3S и C2S, контролируют большинство свойств, придающих прочность.

При гидратации и C3S, и C2S дают один и тот же продукт, называемый гидратом силиката кальция (C3S2H3) и гидроксидом кальция. Трикальцийсиликат (C3S), дающий более быструю скорость реакции, сопровождающуюся большим выделением тепла, развивает более раннюю прочность.

С другой стороны, дикальцийсиликат (C2S) гидратируется и затвердевает медленно и обеспечивает большую часть предельной прочности. Вполне вероятно, что обе фазы C3S и C2S вносят одинаковый вклад в предельную прочность цемента, как видно из рис. 1.

Вклад цементных соединений в прочность бетона

Для химической реакции C3S и C2S требуется приблизительно 24 и 21 процент воды по весу, соответственно, но C3S высвобождает почти в 3 раза больше гидроксида кальция, чем C2S. Однако C2S обеспечивает большую устойчивость к химическому воздействию. Поэтому более высокий процент C3S приводит к быстрому затвердеванию с ранним набором прочности при более высокой теплоте гидратации.

С другой стороны, более высокий процент C2S приводит к медленному затвердеванию, меньшей теплоте гидратации и большей устойчивости к химическому воздействию. C2S отвечает за прочность бетона после 7 дней выдержки.

Трикальциевый алюминат и тетракальциевый алюмоферрит

Химическая формула трехкальциевого алюмината (C3A) и тетракальциевого алюмоферрита (C4AF) – 3CaO.Al2O3 и 4CaO.Al2O3Fe2O3 соответственно. Соединение трикальцийалюмината (C3A) быстро реагирует с водой и может привести к немедленному затвердеванию пасты, этот процесс называется затвердеванием.

Роль гипса, добавляемого при производстве цемента, заключается в предотвращении такой быстрой реакции. C3A реагирует с 40 процентами воды по массе, и это больше, чем требуется для силикатов. Однако, поскольку количество C3A в цементе сравнительно невелико, это не оказывает существенного влияния на количество воды, необходимое для гидратации цемента.

Он обеспечивает слабую устойчивость против сульфатной атаки, и его вклад в развитие прочности цемента, возможно, менее значителен. Тетракальциевый алюмоферрит быстро гидратирует, но вносит незначительный вклад в прочность бетона. Большая часть портландцемента состоит из C4AF.

Скорость гидратации чистого цементного соединения

Таблица 1 Процентное содержание по массе каждого соединения в цементе

Соединение Процентное содержание по массе в цементе C3S от 30 до 50 C2S 20 – 45 C3A 8-12 C4AF 6 – 10

Таблица 2 Вклад различных соединений в цементе в прочность бетона для ранней и предельной прочности

Цементирующее значениеC3SC2SC3AC4AFРанняяХорошаяНизкаяНизкаяУльтимативнаяХорошаяХорошаяНизкая

Читайте далее: