Sementin kosteutus

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 5. maaliskuuta 2017 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 8 muokkausta .

Sementin hydraatio  on sementin kemiallinen reaktio veden kanssa kiteisten hydraattien muodostamiseksi . [2] Nestemäinen tai muovinen sementtiliima muuttuu hydratoitumisprosessissa sementtikiveksi. Tämän prosessin ensimmäistä vaihetta kutsutaan sakeuttamiseksi tai kovettumiseksi, toista - kovettumiseksi tai kovettumiseksi. [3]

Kemialliset reaktiot

Vedettömät klinkkerimineraalit muuttuvat reagoiessaan veden kanssa hydrosilikaateiksi, hydroaluminaatiksi ja kalsiumhydroferraateiksi. Kaikki reaktiot ovat eksotermisiä , eli ne etenevät lämmön vapautuessa. Hydrataationopeuteen vaikuttavat: sementin jauhatusaste ja sen mineraalikoostumus, veden määrä, johon sementti sekoitetaan, lämpötila, lisäaineiden lisääminen. [5] Nesteytysaste riippuu vesi-sementtisuhteesta ja saavuttaa maksimiarvonsa vasta 1-5 vuoden kuluttua. [6] [~ 1] Hydraatioaste määräytyy useilla tavoilla: Ca(OH) 2 :n määrällä , lämmön vapautumisella, sementtitahnan ominaispainolla, kemiallisesti sitoutuneen veden määrällä, hydratoitumattoman sementin määrä [~ 2] tai välillisesti lujuusindikaattoreilla sementtikivi. [7] Nesteytystuotteiden vahvuus vaihtelee. Tärkeimmät lujuuskantajat ovat kalsiumhydrosilikaatit. [6] C 3 S- ja C 2 S -klinkkereiden hydratoituessa kalsiumhydrosilikaattien lisäksi muodostuu sammutettua kalkkia Ca(OH) 2 , joka jää sementtikiveen ja estää teräksen korroosiota sementtikiven sisällä. [kahdeksan]

Reaktioyhtälöt neljälle tärkeimmälle klinkkerimaraalille ovat seuraavat [9] :

Trikalsiumsilikaatti (lyhennetty ):

j / g

Dikalsiumsilikaatti (lyhennetty ):

j/g

Trikalsiumaluminaatille (lyhennetty ):

j/g

Tetrakalsium-aluminoferriitille (lyhennetty ):

j/g

Fyysisten ominaisuuksien muutokset

Sementtiä ja vettä sekoitettaessa sementtihiukkasia ympäröi vesi, joka muodostaa 50-70 tilavuusprosenttia seoksesta. Neulan muotoisten kiteiden muodostuminen alkaa hydraation kemiallisen reaktion seurauksena. 6 tunnin kuluttua muodostuu riittävä määrä kiteitä ja sementtihiukkasten välille muodostuu avaruudellisia sidoksia. Näin sementtiseoksen paksuuntuminen (kovettuminen) tapahtuu. [3] Kovettumisprosessi johtuu luultavasti klinkkerimineraalien C 3 A ja C 3 S selektiivisestä hydrataatiosta sekä kuorien muodostumisesta sementtirakeiden ympärille ja sementtitahnan aineosien keskinäisestä koagulaatiosta . [11] 8–10 tunnin kuluttua sementtiseoksen tilavuus täyttyy neulanmuotoisten kiteiden rungolla, joka muodostuu pääasiassa C 3 A -aluminaattien hydrataatiotuotteista; siksi tätä rakennetta kutsutaan aluminaatiksi. Tästä hetkestä alkaa jähmettyminen ja lujuuden kehittyminen , jotka liittyvät C 3 S ja C 2 S klinkkerimineraalien hydratoitumisen aikana muodostuvan silikaattirakenteen muodostumiseen.Silikaattien ja veden reaktiossa syntyy hyvin pieniä kiteitä, jotka yhdistyvät homogeeninen hienohuokoinen rakenne, joka määrää sementtikiven lopullisen lujuuden. Noin vuorokauden kuluttua silikaattirakenne alkaa syrjäyttää aluminaattirakennetta ja 28 päivän kuluttua se syrjäyttää sen kokonaan. [5] Käytännössä löysän aluminaattirakenteen muodostuminen kalsiumhydrosilikaatista kovettumisen aikana vaikuttaa haitallisesti sementtikiven lujuusominaisuuksiin. Siksi sementtiklinkkeriin lisätään kipsiä , jonka määrää rajoittaa sementin sallittu rikkihappoanhydridi SO 3 -pitoisuus painon mukaan. [~ 3] Kipsin lisäaine hidastaa kalsiumhydroaluminaatin muodostumista ja hydratoidun sementtitahnan rungon muodostaa kalsiumhydrosilikaatti. [yksitoista]

Sementin hydratoitumiselle kovettumisjakson aikana on ominaista lämmön vapautuminen: kovettumisen alussa tapahtuu nopea lämpötilan nousu, ja kovettumisen lopussa havaitaan lämpötilan maksimi. Asetusnopeus riippuu ympäristön lämpötilasta. Alhaisissa lämpötiloissa asetus hidastuu. Lämpötilan noustessa asetusnopeus kasvaa, mutta yli 30 °C lämpötiloissa voi havaita päinvastaista vaikutusta. [yksitoista]

Sementtirakeiden täydelliseen hydratoitumiseen tarvittava vesimäärä on 40 % sen massasta. Tässä tapauksessa määritetystä vesimäärästä 60 % (tai 25 painoprosenttia sementistä) sitoutuu kemiallisesti sementtiin ja 40 % (tai 15 painoprosenttia sementistä) jää geelin huokosiin. . [12] Hydrataatiotuotteiden ominaispainon keskiarvo vedellä kyllästetyssä tilassa on 2,16. [13] Se osa vedestä (25 % sementin massasta), joka joutuu kemialliseen reaktioon sementin kanssa, käy läpi tilavuuden supistumisen (puristuksen) reaktion aikana, mikä on noin 25 % sen tilavuudesta. Tämän seurauksena tuloksena olevan sementtikiven tilavuus pienenee osittain. Tätä prosessia kutsutaan kutistumiseksi, ja tilavuuden pienenemisen määrää kutsutaan kutistumistilavuudeksi. [12]

Kun sementtiliima on hydratoitunut täydellisesti, huokostilavuus on noin 28 [15] –30 [12]  % tuloksena olevan geelirakenteen tilavuudesta. Samaan aikaan geelin huokoisuuden arvo ei riipu pääasiassa seoksen vesi-sementtisuhteesta ja hydrataatioasteesta, vaan se on sementin merkin tunnusomainen indikaattori. [16] Geelihuokosten koko on noin 1,5-2 [15] (1-3 [17] ) nm . [~ 4] Se osa sementtitahnan kokonaistilavuudesta, joka ei ole täytetty hydraatiotuotteilla, muodostaa toisiinsa kytkeytyneen kapillaarihuokosjärjestelmän, joka jakautuu satunnaisesti sementtikiveen. Sementtikiven kapillaarihuokoisuus riippuu suoraan seoksen vesi-sementtisuhteesta ja käänteisesti hydrataatioasteesta. Mitä suurempi vesi-sementtisuhde, sitä suuremmat ovat kapillaarihuokoset. Samaan aikaan, kun sementin hydrataatioaste kasvaa, kapillaarihuokosten tilavuus pienenee. Kapillaarin huokoskoko on noin 1,27 µm . [19]

Rakenteellisesti hydratoitumistuotteet ovat geelejä , ja itse hydraatioprosessi luokitellaan geeliytymiseksi. [5] Hydraatioprosessissa sementtigeelin kiinteän faasin pinta-ala kasvaa merkittävästi, mikä lisää vapaan veden adsorptiota . Samalla veden kulutus hydraatioreaktioissa säilyy. Näiden kahden prosessin seurauksena on itsekuivuminen - sementtipastan suhteellisen kosteuden alenemisen ilmiö. Itsekuivuminen vähentää hydratoitumisastetta, joten sementtitahnan kovettumisprosessien normaalissa kulussa on välttämätöntä ylläpitää kosteustasoa, joka on yksi normaalin lujuuden kehittymisen edellytyksistä. Itsekuivumisprosessia kompensoi myös ylimääräinen vesi, kun sementtiseosta sekoitetaan (kun vesi-sementtisuhde on 0,5 tai enemmän). [kaksikymmentä]

Muistiinpanot

Kommentit
  1. ↑ " Roomalaista betonia " analysoitaessa siinä oli hydraulikomponentteja, jotka eivät ole vielä 200 vuoden jälkeen hydratoituneet 100-prosenttisesti. [6]
  2. ↑ Röntgendiffraktioanalyysin käyttäminen .
  3. ↑ Standardin GOST 10178-62 mukaan rikkihappoanhydridin (SO 3 ) pitoisuuden portlandsementissä on oltava vähintään 1,5 ja enintään 3,5 %. Brittiläisen standardin BS 12: 1958 mukaan SO 3 :n enimmäispitoisuus on asetettu 2,5 %:iin, kun C3A - pitoisuus on enintään 7 %, tai 3 %:iin, kun C3A - pitoisuus on yli 7 %. [yksitoista]
  4. ↑ Vertailun vuoksi: vesimolekyylien halkaisija on 0,29 nm. [kahdeksantoista]
Lähteet
  1. ↑ Rouhollah Alizadeh. Sementti ja  taide . Käyttöpäivä: 17. joulukuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 14. joulukuuta 2016.
  2. ↑ Rakenne: Encyclopedic Dictionary, 2011 , s. 107.
  3. ↑ 1 2 Reichel, Konrad, 1979 , s. 33.
  4. ↑ Neville, 1972 , s. 13.
  5. ↑ 1 2 3 Reichel, Konrad, 1979 , s. 34.
  6. ↑ 1 2 3 Reichel, Konrad, 1979 , s. 40.
  7. ↑ Neville, 1972 , s. 12.
  8. ↑ Reichel, Conrad, 1979 , s. 38.
  9. ↑ Reichel, Conrad, 1979 , s. 37.
  10. ↑ Reichel, Conrad, 1979 , s. 36.
  11. ↑ 1 2 3 4 Neville, 1972 , s. 16.
  12. ↑ 1 2 3 Reichel, Konrad, 1979 , s. 35.
  13. ↑ Neville, 1972 , s. kaksikymmentä.
  14. ↑ Neville, 1972 , s. 19.
  15. ↑ 1 2 Neuville, 1972 , s. 25.
  16. ↑ Neville, 1972 , s. 26.
  17. ↑ Dr. James J Beaudoin. Hydratoidun sementtipastan kolloidisten mallien voimassaolosta  (englanniksi)  (linkki ei ole käytettävissä) . Käyttöpäivä: 15. joulukuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 25. heinäkuuta 2017.
  18. ↑ Shevchenko, 2004 , s. 25.
  19. ↑ Neville, 1972 , s. 24.
  20. ↑ Neville, 1972 , s. 19-20.

Kirjallisuus

Linkit

Temaattinen valikoima kuvituksia  (englanniksi) , jotka on saatu pyyhkäisyelektronimikroskoopilla