Твердение минеральных вяжущих

В настоящее время твердение минеральных вяжущих рассматривают как сложный физико-химический процесс в системе “вяжущее – вода”, заключающийся в преобразовании исходных компонентов в смесь новых минералов, из которых слагается искусственный камень.

Сущность теории твердения минеральных вяжущих обычно выражается следующей последовательностью процессов: растворение – коллоидация – кристаллизация, которая сохраняется только на начальной стадии взаимодействия, а затем все три протекают одновременно, налагаясь один на другой, дополняясь специфическими особенностями, свойственными конкретному вяжущему. Рассмотрим каждый из них в общем виде. Первый – растворение. Любое вещество в большей или меньшей степени растворяется в воде и, находясь в ней, стремится создать свой насыщенный раствор. Минералы, из которых состоят вяжущие, обладают химической активностью по отношению к воде и поэтому они не просто растворяются, а вступают с водой в реакцию гидратации с образованием новых соединений, включающих в свой состав кристаллизационную воду (кристаллогидраты).

Этот процесс протекает до тех пор, пока вся вода не превратится
в насыщенный раствор по отношению к новым кристаллогидратам.

Коллоидация характеризуется загустеванием, повышением вязкости смеси в связи с тем, что часть воды, обеспечивающая пластичность, участвует в химической реакции с вяжущим, а другая адсорбируется на поверхности зерен вяжущего. Растворение затормаживается и вокруг каждого зерна образуется студнеобразная, клейковидная масса-гель, обладающая склеивающей способностью, которая тем выше, чем меньше содержится воды. Так как процесс взаимодействия вяжущего с водой продолжается, то постепенно раствор из насыщенного переходит в пересыщенный и из него начинают выкристаллизовываться мельчайшие кристаллы новообразований. Твердение переходит в третий заключительный этап–кристаллизацию,при котором мелкие кристаллы укрупняются, срастаются между собой, образуя жесткую структуру, и весь материал приобретает прочность камня. Скорость твердения в большей степени зависит от растворимости веществ, составляющих вяжущее, и растворимости образующихся в результате реакции с водой соединений. Если растворимость составляющих вяжущее минералов велика, а образующихся соединений мала, то загустевание-схватывание и твердение могут завершиться быстро, в течение минут, часов. Если же растворимость исходных мала, то формирование искусственного камня может продолжаться месяцы и даже годы. Следовательно, ускоряя растворимость вяжущего путем повышения температуры, применения специальных добавок и другими методами можно регулировать скорость образования искусственного камня.

В практике заводского изготовления изделий и крупноразмерных конструкций из бетона и железобетона для ускорения набора прочности применяют специальные камеры тепловлажностной обработки с температурой 70 – 90°С и автоклавы, работающие в условиях избыточного давления и высокой до 200°С температуры. Твердение можно также ускорить, затворяя вяжущее не чистой водой, а раствором некоторых солей, которые за счет повышения ионной силы ускоряют растворение вяжущих. Так как скорость получения искусственного камня зависит также от времени выпадения из перенасыщенного раствора первых кристаллов образующихся гидратных соединений, то, следовательно, введя их искусственным путем
в смесь “вяжущее – вода” можно ускорить процесс схватывания и твердения.

Большую роль в скорости формирования искусственного камня играет соотношение между количеством воды и вяжущего, которое называют водовяжущим (В/В) или водотвердым (В/Т). Чем больше воды, тем больше времени необходимо для получения насыщенного и перенасыщенного раствора, из которого начнется кристаллообразование, следовательно, тем медленнее будут протекать процессы твердения. Таким образом, снижаяВ/В,мы тем самым ускоряем набор прочности.

Так как все минеральные вяжущие представляют собой тонкомолотые порошки, следовательно, размер частицтоже будет влиять на скорость процесса твердения. Чем мельче частицы, тем площадь соприкосновения
с водой в единице объема больше, реакции идут полнее и процесс взаимодействия ускоряется.

Последнее, за счет чего можно ускорить реакции, – это целенаправленный подбор составасамого вяжущего.Все рассмотренные способы ускорения набора прочности искусственным камнем используют при возведении зданий и сооружений из бетона, получения изделий различного назначения на основе минеральных вяжущих.

По условию твердения и эксплуатацииизделий из искусственного камня минеральные вяжущие подразделяют на воздушные и гидравлические. Квяжущим воздушного тверденияотносят такие простые по составу вещества, как известковые, низко- и высокообжиговые гипсовые, магнезиальныеижидкое стекло. Гидравлические вяжущиесостоят из минералов сложного состава, образующих в результате взаимодействия с водой прочный водостойкий искусственный камень. К гидравлическим вяжущим принадлежат: гидравлическая известь, романцемент,разновидностипортландцементаиспециальные виды цементов.