Минеральные вяжущие – вещества, которые при контакте с водой или водными растворами с некоторыми солями дают пластическую массу, которая со временем превращается в камневидное тело. Эту группу минеральных вяжущих в зависимости от способности твердеть разделяют на воздушные и гидравлические.
Твердение цемента – сложный физико-химический процесс, о котором у ученых нет единого мнения, и который продолжает изучаться. По теории, разработанной академиком А.А. Байковым и дополненной другими советскими учеными, различаются три периода твердения цемента. Четкой границы между ними нет, однако для строительных целей удобно рассматривать их обособленно.
Подготовительный период. При соприкосновении цементных зерен с водой поверхностные слои клинкерных минералов вступают с ней в химические реакции. Трехкальциевый силикат подвергается гидролизу и гидратации, в результате образуются гидросиликат кальция и гидрат оксида кальция. Четырехкальциевый алюмоферрит гидролизуется, двухкальциевый силикат и трехкальциевый алюминат гидратируются, образуя гидросиликат и гидроалюминат кальция. Первоначально процессы гидролиза и гидратации идут интенсивно, но со временем во внутренние слои частиц вода проникает все труднее, и в целом процесс взаимодействия воды с цементации минералами протекает сравнительно медленно. Образующиеся соединения быстро насыщают раствор. Процесс насыщения происходит тем быстрее, чем меньше воды затворения.
Период коллоидации. В момент полного насыщения гидратные новообразования уже не растворяются, в находятся в состоянии коллоидного раздробления или геля (студня). Дальнейшая гидратация приводит к уменьшению количества свободной воды, склеивающая способность геля, как любого клея, увеличивается, цементное тесто теряет пластичность, т.е. начинает схватываться.
Период кристаллизации. Гидрат оксида кальция и трехкальциевый гидроалюминат постепенно начинают переходить в кристаллическое состояние. Одновременно с этим медленно кристаллизующийся гель гидросиликата кальция уплотняется. Образующиеся кристаллы, главным образом гидраты оксида кальция и трехкальциевого гидроалюмината, срастаются и, пронизывая коллоидные массы, состоящие в основном из гидросиликата кальция, образуют прочный кристаллический сросток - цементный камень.
К основным свойствам портландцемента (ГОСТ 1017885) относится тонкость помола, водопотребность‚ сроки схватывания, прочность (марка) цемента и т.п. Истинная плотность цементного камня составляет 3000 . . . 3200 кг/м3‚ средняя плотность в рыхлом состоянии 900 . . . 1300 кг/м3, а в уплотненном 1200 . . . 1300 кг/м3. При расчете емкости для складирования используют последнее значение.
Тонкость помола фактор, определяющий быстроту твердения и прочность цементного камня. Обычный портландцемент измельчают довольно тонко остаток на сите № 008 (4900 отв/см2) не должен превышать 15 %, что соответствует удельной поверхности зерен цемента 2500 . . . 3000 см2/г.
Водопотребностъ портландцемента характеризуется количеством воды. в процентах от массы цемента, которое необходимо для получения цементного теста нормальной густоты. Изучение процесса твердения цемента показало, что в зависимости от вида, минерального состава и тонкости помола, а также от сроков и условий твердения цемент присоединяет 15 . . . 25 % воды. Практически для приготовления растворов цементов расходуется большее количество воды (40 . . . 70 %). Излишки воды, не участвующие в реакции гидратации цемента, испаряются, оставляя поры, что ухудшает качество цементного камня.
Сроки схватывания определяют, погружая иглу прибора Вико в тесто нормальной густоты. Начало схватывания должно наступать не ранее чем через 45 мин, а конец схватывания не позднее, чем через 10 часов
Прочность портландцемента - главное свойство, характеризующее его качество, которое контролируется на образцах - балочках размерами 40 х 40 х 160 мм при испытании на осевое сжатие и изгиб.
В зависимости от предела прочности при сжатии с учетом предела прочности при изгибе стандартных образцов (баночек) через 28 сут. твердения портландцемент разделяют на марки: 400, 500, 550, 600. Фактическую прочность, полученную при испытании на осевое сжатие половинок указанных образцов, называют активностью цемента.
Прочность цемента при нормальных условиях твердения наиболее интенсивно нарастает в первые 7 сут. К 3 сут. она составляет 30 . . . 35 %, к 7 60 . . . 70 % прочности соответствующей марки цемента. В дальнейшем рост прочности замедляется, но продолжается длительное время (месяцы, голы).
Вяжущие вещества должны удовлетворять требованиям стандартов: портландцемент и быстро твердеющий портландцемент ГОСТ 10178 85, цемент сульфатостойкий ГОСТ 22266 94, портландцемент белый ГОСТ 965 89, портландцемент цветной ГОСТ 15825 80.
