При змішуванні портландцементу з водою спочатку утворюється пластичне тісто, яке поступово густіє і перетворюється в камневидное тіло. Ці зміни відбуваються при взаємодії клінкерних мінералів з водою і утворенні нових сполук.
Мелений клінкер схоплюється протягом декількох хвилин. Розчинні і бетонні суміші на ньому нежиттєздатні. Це відбувається через швидку гідратації трехкальциевого алюмінату. Для уповільнення термінів схоплювання вводиться сульфат кальцію, найчастіше у вигляді двуводного гіпсу, який взаємодіє з трьохкальцієвим гидроалюмінатом і утворює комплексне з'єднання - трехкальциевого гидросульфоалюмінат (еттрінгіт).
Це з'єднання розташовується у вигляді захисного шару і уповільнює схоплювання на 3-5 ч. Крім того, гіпс прискорює твердіння цементу в початковий період.
При твердінні портландцементов з добавками доменних або електротер гранульованих шлаків спочатку відбувається гідратація і гідроліз клінкерних мінералів. Іони Са 2+. OH -. а також SO4 2- в розчині створюють середовище, що викликає лужну і сульфатне збудження зерен шлаку, які залучаються до гідратацію. Гідроксид кальцію зв'язується жужільними мінералами.
Теорія твердіння портландцементу була викладена в 1923 році А.А. Байковим і надалі розвинена П.А. Ребиндером, А.К. Шейкіним і ін. За сучасними уявленнями процес твердіння відбувається наступним чином.
У перший період, при змішуванні цементу з водою, утворюється насичений розчин, що містить іони Ca 2+. SO4 2-. OH -. K +. З нього осідає гидросульфоалюмінат і гідроксид кальцію.
У другій період утворюються тонкодисперсні кристали гідросилікатів кальцію. Вони ростуть у вигляді довгих волокон і разом з гідросульфоалюміната утворюють пухку матрицю. Рухливість суміші зменшується, відбувається схоплювання.
У третій період гелевидні новоутворення перекрісталлізовивают, збільшується кількість гідросилікатів, пори заповнюються продуктами гідратації, цементний камінь перетворюється в кристалічний зросток, підвищується міцність і щільність цементного каменю.
Затверділий цементний камінь складається: з кристалічних і колоїдних гідратів речовин; не до кінця гідратованих зерен цементу; пір, заповнених повітрям і хімічно незв'язаної води.
Кристалічні і колоїдні гідратів речовини впливають на властивість цементного каменю - деформативність, стійкість при заморожуванні і відтаванні, зволоженні і висушуванні. Їх співвідношення коригуються підбором мінералогічного складу клінкеру.
Негідратірованная частина клінкерних зерен згодом зменшується. Гідратів новоутворення заповнюють пори цементного каменю. Щільність і міцність цементного каменю підвищується. Пори в цементному камені складаються з пір гелю розміром менше 0.1 мкм, капілярних пор розміром від 0,1 до 10 мкм, розташований між частинками гелю, повітряних пір, утворених залученим повітрям при перемішуванні, в результаті контракції, або введення воздухововлекающих або газообразующих добавок.
На формування пір в цементному камені впливає вода. Воду в цементному тесті і камені поділяють на хімічно пов'язану, адсорбционно зв'язану воду, пов'язану капілярними силами і воду вільну. Адсорбционно пов'язана і капілярна вода видаляються висушуванням при 105-110 про С. Вільна вода у великих пустотах утримується механічно і віддаляється центрифугування, висушуванням.
Для отримання пластичного цементного тесту береться 40-60% води. Для гідратації потрібно 24-26%; води. Решта вода утворює пори і каппіляри, що зменшує міцність, водонепроникність і морозостійкість каменю.
Вода в капілярах і великих порах містить гідроксиди кальцію, натрію, калію та ін. Що створює лужність з рН = 12 ... 13. У залізобетоні на поверхні арматурної сталі утворюється захисна плівка з Fe2 (OH) 3, що оберігає метал від корозії. Відбувається пассивирование заліза. Нижня межа дії Ca (OH) 2 відповідає рН = 12, при меншому рН небезпека корозії зростає. Знижує лужність до рН = 9 карбонізує Ca (OH) 2 вуглекислотою повітря Ca (OH) 2 + CO2 + n H2 O = CaCO3 + (n +1) H2 O. У залізобетоні щільний шар бетону товщиною 1,5-2,0 см і більше перешкоджає проникненню CO2 вглиб і захищає арматуру від корозії.
Охарактерезуйте агресивні середовища, що руйнують цементний камінь і перерахуйте види корозії цементного каменю (з привидом хімічних реакцій). Методи захисту цементного каменю від корозії.
Цементний камінь в експлуатаційних умовах схильні до корозійного впливу різних середовищ, особливо мінералізованої води в морських спорудах (моли, причали, естакади зі пальових підставою і залізобетонним верхнім будовою, портові конструкції та ін.), Мінеральної кислоти при експлуатації резервуарів, веж та інших споруд хімічної промисловості , надають корозійний вплив органічні кислоти і біосфера, особливо при роботі споруд в торф'яних ґрунтах, на підприємствах харчової промисловості. а також лужне середовище, прісна вода, особливо водні розчини електролітів. В індустріальних районах корозійне вплив на бетонні конструкції надають гази, наприклад сірчисті, сірководень, хлористий водень, аерозолі солей, наприклад морської води і ін. Агресивна вплив багатодітній родині і тверді, в основному високодисперсні речовини, здатні утворювати у вологих умовах прошарку з істинних і колоїдних розчинів . Крім хімічних реакцій при контакті із середовищем можливі фізичні сорбційні процеси з поглинанням з середовища поверхнево-активних речовин (ПАР), наприклад сірковмісних полярних смол з нафтопродуктів, з фізичним порушенням суцільності контактів в структурі і прискоренням розвитку дефектів.
Корозія 1-го виду обумовлена розчиненням і вимиванням (вилуговуванням) гідроксиду кальцію з цементного каменю. Слідом за цим розкладаються гідросилікати і гідроалюмінати кальцію. Виявляється при дії на цементний камінь м'яких вод. Вилуговування Ca (OH) 2 в кількості 15-30% загального вмісту в цементному камені викликає зниження його міцності на 40-50% і більше. Вилуговування можна помітити по появі білих плям (патьоків) на поверхні бетону.
Захист від вилуговування забезпечується введенням в цемент активних мінеральних добавок (діатоміт, трепел. Містять аморфний крімнезем) і застосуванням щільного бетону. Процес вилуговування сповільнюється, коли в поверхневому шарі бетону утворюється малорозчинний СaCO3 внаслідок природної карбонізації Ca (OH) 2 при взаємодії з СО2 повітря. Витримування на повітрі відформованих виробів сприяє підвищенню їх стійкості до вилуговування.
Корозія 2-го виду (кислотна, магнезіальних) відбувається при дії на цементний камінь агресивних речовин, які вступаючи у взаємодію зі складовими частинами цементного каменю, утворюють або легкорозчинні і вимиваються водою солі, або аморфні маси, що не володіють сполучними властивостями. Наприклад вуглекисла корозія розвивається при дії води, що містить вільний діоксид вуглецю за схемою СаСО3 + (СО2) своб + Н2 О = Са (НСО3) 2. Общекіслотная корозія відбувається при дії розчину будь-яких кислот, що мають значення водневого показника рН<7, например: Са(ОН) +НСl = СаСl2 +H2 O. Магнезиальная коррозия наступает при воздействии на Са(ОН) магнезиальных солей, которые встречаются в растворенном виде в грунтовых водах в большом количестве в морской воде.:
Солі СaCl2 і CaS04 * 2H2 O добре розчинні воді і тому вимиваються з бетону. Заходи захисту ті ж, що і в 1-му виді корозії.
Корозія 3-го виду об'єднує процеси, при яких компоненти цементного каменю, вступаючи у взаємодію з агресивним середовищем, утворюють сполуки, що займають більший об'єм, ніж вихідні продукти реакції. Це викликає появу внутрішніх напружень в бетоні і його розтріскування. Характерна корозія цього виду- сульфатна корозія. Сульфати, часто містяться в природній і промислових водах, вступають в обмінну реакцію з Са (ОН) 2, утворюючи гіпс СаSO4 * 2H2 O. Руйнування цементного каменю викликається кристалізаційним тиском кристалів двуводного гіпсу (гіпсова корозія).
Сульфоалюмінатная корозія виникає при дії на гідроалюмінати цементного каменю морської води, ґрунтових та інших мінералізованих вод, що містять сульфатні іони:
Дана корозія супроводжується збільшенням обсягу. Для запобігання корозії даного виду використовують щільні бетони на спеціальному сульфатостійкому портландцементе і ін. Цементах.
Способи захисту: 1. Експлуатаційно-профілактичні:
- посилення вентиляції з метою зниження вологості повітря і концентрації газів, що сприяють розвитку небезпечних мікроорганізмів;
- герметизація з тією ж метою технологічного обладнання;
- періодичне очищення і дезинфекція поверхні конструкцій;
- нейтралізація агресивних середовищ.
- додання поверхні конструкцій форми, що виключає накопичення на ній органічних речовин, що можуть служити їжею для мікроорганізмів;
- пристрій уклонів підлоги і відвідних лотків для стічних рідин.
- нанесення на бетонну поверхню лакофарбових матеріалів;
- облицювання різними плитами;
- зниження проникності бетону;
- застосування матеріалів, стійких до дії продуктів життєдіяльності мікроорганізмів, переважно до кислот.