Вяжущее вещество

Гидравлическое вяжущее  вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного  тонкого измельчения клинкера и  необходимого количества природного гипса. 

Скорость схватывания. Портландцемент, затворенный количеством воды, установленным при определении его нормальной густоты, образует подвижное пластичное тесто, которое в зависимости от химико-минералогической характеристики клинкера, удельной поверхности и вещественного состава цемента постепенно в течение нескольких часов теряет подвижность, превращаясь в плотное тело.

Во время перемешивания  теста контакты, возникшие между  гидрат-ными новообразованиями коллоидных фракций цемента, нарушаются, и тесто сохраняет подвижность несмотря на постепенное нарастание связности. Чем дольше длится гидратация, тем больше становится гидратных новообразований и выше плотность структуры.

Время, в течение  которого образуется непрерывно уплотняющаяся  и коагуляционная структура, является периодом схватывания, т. е. формирования структуры. Таким образом, схватывание цемента следует рассматривать как первоначальную стадию общего процесса твердения. По ГОСТ начало схватывания должно наступать не ранее 45 мин , заканчиваться не позднее 12 ч с момента затворения. Нормальные сроки схватывания портландцемента достигаются при совместном помоле клинкера с добавкой подобранного количества гипса, при котором содержание S03 в цементе должно быть не меньше 1,5%и не выше 3,5%. При большей добавке гипса возможно ускорение схватывания.

Замедление схватывания  цемента наступает вследствие того, что на поверхности цементных  зерен откладываются тончайшие  пленки геля гидросульфоалюмината кальция, быстро образующегося в результате взаимодействия сульфата кальция с трехкальциевым алюминатом. Эти гелевые пленки сдерживают диффузию воды к цементному зерну, что снижает скорость гидратации. Вследствие исключительно высокой дисперсности образующегося геля гидросульфоалюмината кальция его трудно обнаружить под микроскопом. Замедлителями могут быть также полуводный гипс и безводный сульфат кальция (ангидрит); эффективность их действия связана с разной степенью растворимости. При использовании природного ангидрита образование в уже полностью затвердевшем цементе гидросульфоалюмината кальция вследствие запоздалой (медленной) растворимости ангидрита может привести к возникновению весьма опасных напряжений в цементном камне, так как увеличивается объем кристаллизующегося гидросульфоалюмината кальция. При избыточном содержании гипса также возможно появление опасных напряжений в хорошо затвердевшем цементе вследствие продолжающейся реакции образования гидросульфоалюмината кальция.

Большое значение при  выборе добавки гипса имеет удельная поверхность и зерновой состав цемента, причем в цементы с повышенным содержанием щелочей следует  вводить относительно больше добавки. У средне и высокоалюминатных цементов несколько большая добавка гипса вызывает повышение прочности в первые дни твердения и уменьшение усадки и расширения. Характерно, что добавка гипса может даже ускорить схватывание низкоалюминатных, богатых алюмоферритами кальция цементов, причем в этом случае не наблюдается тенденция к повышению первоначальной прочности и к уменьшению объемных изменений. Оптимальная добавка гипса для каждого цемента может быть установлена только на основе данных экспериментальных помолов цементов в заводских помольных агрегатах с характерной для них системой аспирации, температурами измалываемого цемента, его гранулометрическим составом и др.

Ложное схватывание. Иногда происходит так называемое ложное схватывание цемента, характеризующееся  тем, что цементное тесто схватывается преждевременно с большим выделением тепла. Однако при дальнейшем перемешивании  тесто разжижается и схватывается уже нормально. Такое явление  объясняют тем, что при помоле горячего клинкера, особенно в мельницах  открытого цикла, температура цемента  повышается иногда до 150°С и выше. Это вызывает дегидратацию гипса с образованием не только полугидрата, но и полностью обезвоженного сульфата кальция — ангидрита в растворимой форме. Быстрая гидратация ангидрита и полуводного гипса сопровождается преждевременным загустеванием цементного теста, которое при дальнейшем перемешивании разжижается.

Ложное схватывание  цемента может вызвать быструю  потерю пластичности бетонной смеси  во время перемешивания либо перевозки  к месту потребления. Его можно  предупредить глубоким охлаждением  клинкера, помолом его, преимущественно  в сепараторных мельницах, либо охлаждением  корпуса мельниц открытого цикла, сильной аспирацией, а также подачей  распыленной водновоздушной смеси в последнюю камеру мельницы.

Испытание цемента  на ложное схватывание заключается  в видоизменении стандартного определения  нормальной густоты цементного теста  с повторением испытания через  короткие интервалы — 3—5 мин с  промежуточным перемешиванием. На скорость ложного схватывания бетонной смеси  влияют температура, условия и время  перемешивания, вид заполнителя  и др. Возможна локализация явлений  ложного схватывания цемента  путем введения небольшой добавки  СДБ, гипса либо минерального масла. Однако не у всех цементов даже при  высокой температуре их измельчения  наступает ложное схватывание. Полагают, что оно может быть вызвано  наличием большого количества свободной  извести либо недожога в измалываемой шихте клинкера. При затвореиии цемента с высокой удельной поверхностью часто образуются уплотненные комочки, которые при дальнейшем перемешивании распадаются. Замечено, что быстрое их схватывание вызывается переходом щелочей в карбонаты в результате взаимодействия с углекислотой при длительном хранении цемента на воздухе. В некоторых случаях оно носит характер ложного схватывания. Имеются данные о других (кроме гипса) видах замедлителей схватывания, их действие в большинстве случаев зависит от дозировки. Можно считать, что карбонаты, хлориды и нитраты являются ускорителями схватывания; сульфаты и фосфаты — замедлителями, за исключением сульфата глинозема, который действует как ускоритель. О влиянии добавок цветных металлов сведения разные. Их считали замедлителями схватывания, однако последние работы показали положительное влияние добавок небольших количеств цинка на твердение портландцемента. Б. Э. Юдович и Н. Т. Власова отмечают, что высокомарочные алитовыс цементы, не содержащие добавок, кроме гипса, могут характеризоваться аэрациопным ложным схватыванием. Оно вызвано образованием эттрингита в тонких слоях конденсата на дислокационной сетке поверхности частиц цемента.