5.2.5. Структурні складові цементного каменю
У цементному камені, що твердіє, можна виділити три основні структурні складові (рис. 5.7): 1) кристалічний зріст, утворений зрослими один з одним кристаликами гідроалюмінатів кальцію, гідрату окису кальцію, а також гідросульфоалюмінату і гідросульфофериту кальцію; 2) гелеву структурну складову, якою дисперсною фазою є субмікрокристали гідросилікатів кальцію; 3) не до кінця прогідратовані зерна цементу.
Мал. 5.7. Мікроструктура цементного каменю, що твердіє.
Гелева складова, яка називається тоберморитовим гелем, є основним структурним компонентом цементного каменю, що займає приблизно 75% його обсягу.
5.2.6. Будівельно-технічні властивості портландцементу
Будівельно-технічні властивості портландцементу характеризуються істинною та насипною щільністю, тонкістю помелу цементного порошку, нормальною густотою та термінами схоплювання цементного тіста, тепловиділенням та рівномірністю зміни об'єму в процесі твердіння, міцністю затверділих цементно-піщаних розчинів.
а) Властивості цементного порошку
Справжня щільність частинок портландцементу коливається в межах 3,05-3,2 г/см 3 насипна щільність цементного порошку в пухкому стані - в межах 0,9-1,1 г/см 3 . Тонкість помелу цементу характеризується масою порошку, що пройшла через сито № 008 (з розміром боку комірки у світлі 0,08 мм), і питомою поверхнею, тобто сумарною поверхнею зерен, що містяться в одиниці маси цементу: проходити через сито № 008 менше 85% порошку, питома поверхня повинна бути в межах 2000-3000 см 2 /г у звичайного портландцементу і 3500-5000 см 2 /г у швидкотвердіючих та високоміцних портландцементів.
б) Властивості цементу в тесті
Визначення: цементним тестом називають суміш цементу з водою.
Такі властивості цементу, як терміни схоплювання, рівномірність зміни обсягу при твердінні та ін, визначають на цементному тесті нормальної густоти, тобто наперед заданої стандартної консистенції (пластичності).
Визначення: нормальну густоту цементного тесту характеризують кількістю води у відсотках від маси цементу.
Її визначають на приладі Віка (рис. 5.8), що складається з круглого металевого стрижня1,вільно переміщується у вертикальному напрямку в обоймі станини 5 і закріплюваного на потрібній висоті затискним гвинтом4.Глибину занурення стрижня визначають за шкалою3приладу з покажчиком2,закріпленим на стрижні. У нижню частину стрижня вставляється металевий циліндр - маточка6(вимірювач густоти цементного тіста). Маса стрижня з маточкою становить 300 г.
Мал. 5.8. Прилад Віка
1 Циліндричний стрижень; 2 покажчик для відліку переміщення стрижня;
3 Шкала; 4 затискний гвинт; 5 обойма станини; 6 - маточка
Приготовлене цементне тісто поміщають у металеве кільце конічної форми, встановлене на скляну пластинку, змащену олією. Стрижень з маточкою опускають до зіткнення з поверхнею цементного тіста і закріплюють затискним гвинтом. Потім звільняють гвинт, що закріплює, і маточка вільно занурюється в цементне тісто.
За нормальну густоту цементного тесту приймають таку його консистенцію, при якій маточка приладу Віка не доходить до дна на 5-7 мм.
Властивості цементу необхідно визначати на тесті нормальної густоти, тому що зі зміною кількості води, а отже, і консистенції цементного тіста змінюватимуться і йоговластивості. Для отримання тесту нормальної густоти необхідно 24-28% води.
За ГОСТ 10178-76 потрібно, щоб початок схоплювання цементного тесту наставав не раніше 45 хв, а кінець наступав не пізніше 10 год.
За початок схоплювання приймається період від моменту замішування до початку загусання, а за кінець схоплювання - час від моменту замішування до повної втрати цементним тестом пластичності.
Введений до складу цементу гіпс уповільнює терміни схоплювання, так як у його присутності при взаємодії цементу з водою навколо цементних зерен, що гідратуються, утворюються екрануючі оболонки, що перешкоджають подальшому розчиненню клінкерних мінералів. Все, що уповільнює утворення екрануючих плівок навколо цементних зерен, що гідратуються, або підвищує розчинність клінкерних мінералів і ступінь пересичення рідкої фази цементно-водної суспензії, прискорює схоплювання цементного тесту. До таких факторів відносяться: збільшення тонкості помелу цементу, підвищення в цементі вмісту С3А - клінкерного мінералу з найбільшою швидкістю розчинення, введення в цемент або у воду замішування добавок, що збільшують розчинність деяких клінкерних мінералів, наприклад, хлористого кальцію СаСl2, поташа К2СО3, а також .
в) Властивості цементу в камені
Тепловиділення притвердінніцементу. Тепловиділення у процесі схоплювання та твердіння цементного тесту обумовлюється екзотермічними реакціями гідратації клінкерних мінералів. Кількість тепла, що виділяється у процесі гідратації цементів, визначається їх мінералогічним складом. Тепловиділення окремих клінкерних мінералів в умовах повної гідратації характеризується такими даними: кал/г (кДж/кг): С3А = 260 (1090); C3S = 160 (670); C4AF =136 (570); C2S = 84 (352).
Тепловиділення цементу, особливо у перші терміни твердіння, суттєво підвищується зі збільшенням тонкості помелу цементу та при введенні до його складу хімічних добавок, що прискорюють процес гідратації. Тепловиділення 1 г цементу за 7 діб твердіння в залежності від його мінералогічного складу та тонкості помелу коливається в межах 40-80 кал/г (168-335 кДж/кг).
Рівномірність зміни обсягу при твердінні.Процес твердіння цементного каменю супроводжується об'ємними деформаціями: набуханням при твердінні у воді, усадкою при твердінні на повітрі. Однак усі цементи повинні характеризуватись у процесі твердіння рівномірною зміною обсягу.
Однією з причин нерівномірної зміни обсягу цементного каменю при твердінні є наявність в клінкері вільних СаО і MgO, гідратація яких після кінця схоплювання цементного тесту супроводжується виникненням у цементному камені, що тверділо, великої внутрішньої напруги.
Випробування на рівномірність зміни обсягу при твердінні проводиться на зразках-коржиках, виготовлених із цементного тесту нормальної густоти. На рис. 5.9 показані зразки, що витримали та не витримали випробування на рівномірність зміни обсягу при твердінні. Цементи, які не витримали випробування на рівномірність зміни обсягу при твердінні, визнаються неякісними та не повинні застосовуватись у будівництві.
Міцність цементного каменюу першому наближенні визначається його відносною щільністюd,рівною відношенню середньої щільності цементного каменю у висушеному стані0 до його істинної щільності:
Мал. 5.9. Коржики з цементного тіста
а- витримали випробування на рівномірність зміни обсягу;
б- випробування, що не витримали
Міцність цементного каменюRцьк. залежно від його відносної густиниdописується емпіричною формулою
деα- ступінь гідратації цементу;рц- безрозмірна величина, що дорівнює відношенню істинної щільності цементу до щільності води, отн. од.; 0,23 - маса води, хімічно пов'язана при гідратації цементу, отн. од.; В/Ц - водоцементне відношення, отн. од.
З формули (1) випливає, що міцність цементного каменю тим вища, чим більший ступінь гідратації цементуαі чим менше водоцементне відношенняВ/Ц.