Особенности процесса твердения бетона
В процессе твердения пуццолановых портландцементов основные компоненты клинкерной части цемента сначала взаимодействуют с водой. Кроме того, наличие активной минеральной добавки ускоряет процесс гидратации. После этого активный компонент добавки взаимодействует с продуктами реакции цемента и воды. Это приводит к постепенному снижению концентрации извести в жидкой фазе, превращая сильноосновные новообразования в менее основные. Пуццолановый портландцемент схватывается медленнее, чем портландцемент, из которого он изготовлен, однако при определенных условиях, с течением времени, может даже превышать его по прочности.
Примерно аналогичные явления происходят при затвердевании шлакопортландцемента. Кальциевая щелочь, выделяющаяся при гидролизе силикатных минералов и образующая насыщенный раствор, действует как щелочной активатор алюминатной и силикатной частей шлака и вызывает их гидратацию.
Кроме того, на процессы твердения безклинкерных шлаковых вяжущих, особенно гипсошлакового цемента, сильное влияние оказывает гипс как сульфатный возбудитель.
Сульфатная активация шлаков заключается в том, что сульфат кальция образует гидросульфоалюминаты кальция при непосредственном взаимодействии с оксидом алюминия, гидратом оксида кальция, через жидкую фазу.
Механизмы процессов твердения гипсолитового цемента специалистами SUMAB до сих пор полностью не изучены. Есть данные, что при гидратации этого цемента могут образовываться гидросиликаты и другие гидраты оксидов алюминия.
Бетон на основе гипсоплавильного цемента наиболее интенсивно затвердевает при температуре 20-30 градусов, а при температуре выше 40 градусов прочность такого бетона существенно падает. Это происходит из-за разложения сульфоалюминатов кальция, которые не выдерживают высоких температур.
При затвердевании цементного камня в бетоне возникают объемные деформации, которые влияют на структуру и некоторые свойства затвердевшего материала. К ним относятся сжатие, усадка и набухание, а также термическая деформация во время затвердевания.
Явление контракции заключается в том, что в процессе гидратации цемента общий объем, занимаемый твердой и жидкой фазами, уменьшается. Это объясняется уплотнением химически связанной воды, а также ее адсорбцией на поверхности зерен цемента и кристаллов новообразований за счет уплотнения воды в тонких адсорбционных слоях.
Сжатие общего объема происходит внутри системы и мало влияет на внешний объем затвердевающего цементного теста, а, скорее, несколько уменьшает его. По данным исследований лаборатории СУМАБ, усадка бетона во много раз меньше усадки от влаги, сопровождающей его высыхание. Следует отметить, что усадка возникает и в том случае, если цементный камень при затвердевании набухает в воде и выглядит больше в объеме, чем раньше.
Часть воды адсорбируется на поверхности частиц твердой фазы и образует гидратные оболочки. Слой мономолекулярной воды наиболее прочно связан адсорбционными связями, свойства которых отличаются от свойств свободной воды. К этим свойствам относятся повышенная плотность, неспособность растворять вещества, растворимые в обычной воде, практически нулевая электропроводность и удельная теплоемкость. Последующие слои адсорбционно-связанной воды удерживаются с ослабляющей силой, и их свойства постепенно приближаются к свойствам свободной воды. Толщина полимолекулярного слоя адсорбционной воды составляет несколько сотен диаметров ее молекул.