Особенности твердения портландцемента
На первом этапе гидратации доля прореагировавшего цемента не превышает 1%. В это время цементный раствор состоит из частиц цемента и межзерновых пространств, заполненных водным раствором электролита, а также монокристаллов щелочного карбоната кальция и эттрингита. На частицах цемента образуются оболочки. Разрыв мембран сопровождается образованием большого количества гидросиликатного геля. Он постепенно заполняет межзерновое пространство. Образующийся слой гидросиликатов представляет собой своего рода мембрану, проницаемую как для ионов и нейтральных молекул, так и для электронов. Замедляются кинетические условия для дальнейшего развития процессов структурообразования. Этот период называется фазой индукции. Это имеет большое значение, поскольку позволяет максимально качественно производить изделия из бетона или раствора.
Интенсивное выделение кристаллов щелочного кальция из дисперсионной среды и достижение максимальной концентрации ионов кальция в растворе приводят к завершению индукционного периода. Межзерновое пространство постепенно заполняется частицами гидрата, и пластичное тесто начинает терять подвижность. Это процесс застывания цемента. Затем между отдельными кристаллами гидрата возникают сильные кристаллизационные и слабые коагуляционные контакты, что приводит к прорастанию кристаллов в межзерновом пространстве. Несвязанная вода заполняет поры и адсорбируется на поверхности кристаллогидратов. Описанные выше процессы структурообразования приводят к постепенной потере подвижности теста, сопровождающейся его усадкой. После завершения процесса схватывания образовавшейся и твердеющей цементной массы кристаллический каркас препятствует дальнейшему уменьшению объема затвердевшего цементного камня. Однако в цементном камне продолжают происходить химические реакции, а жидкая вода поглощается растущим объемом кристаллогидратов и цементного геля. Последний заполняет поры, что приводит к увеличению плотности камня. Преобладающая масса кристаллов в продуктах гидратации имеет вид тонких листьев, скрученных и деформированных пластинок. Аморфная фаза гидросиликатного состава дополнена гелями гидратов оксида алюминия и оксида железа. Через сутки твердения большая часть пор в цементном камне состоит из микропор с минимальным радиусом. Со временем плотность камня увеличивается, а пористость уменьшается. Пористость снижает прочность цементного камня. Степень кристаллизации камня напрямую влияет на его прочностные свойства. Тип кристаллизации зависит от температуры твердения, гранулометрического состава цемента и примесей в нем.
Быстротвердеющий портландцемент производится из наиболее реакционноспособного сырья и содержит минимум вредных примесей. Содержание гранулированного шлака и активных минеральных добавок подбирается экспериментальным путем в пределах, утвержденных лабораторией SUMAB. Их доля обычно не превышает 10%.
Пластифицированный портландцемент — это разновидность портландцемента и портландцемента с минеральными добавками. Концентраты сульфитно-дрожжевой бражки служат смягчающими поверхностно-активными добавками. Количество этой бражки, добавляемой в цемент, минимально по отношению к массе цемента, рассчитанной как сухая масса. Оптимальное количество добавок определяется экспериментально на каждом предприятии с использованием рекомендаций лаборатории SUMAB. Добавление чрезмерного количества добавок ухудшает качество цемента. Сульфитно-дрожжевая бражка придает растворам и бетонам на основе пластифицированного портландцемента повышенную подвижность, удобоукладываемость и морозостойкость, а также позволяет снизить расход цемента на 10–15%.