Гидратация портландцемента Основные минералы и компоненты портландцемента

Гидратация портландцемента

Основные минералы и компоненты портландцемента n алит – твердый раствор C 3 S с примесями Mg. O, Al 2 O 3 n белит – твердый раствор на основе C 2 S n трехкальциевый алюминат С 3 А n четырехкальциевый алюмоферрит C 4 AF n двуводный гипс Ca. SO 4 2 H 2 O n свободные Са. О и Mg. O n легко растворимые щелочи К 2 О и Na 2 O

Гидратация C 3 S n n n 1 этап: 3 Ca. O Si. O 2 + x. H 2 O 3 Ca. O Si. O 2 x. H 2 O 2 этап: 3 Ca. O Si. O 2 x. H 2 O (0, 8 1, 5)Ca. O Si. O 2 y. H 2 O + (1, 5 – 2, 2)Ca(OH)2 + (x – y)H 2 O 3 этап: (0, 8 1, 5)Ca. O Si. O 2 y. H 2 O + (0 – 1, 2) Ca(OH)2 (1, 5 2, 0)Ca. O Si. O 2 z. H 2 O Плохо закристаллизованные ГСК в цементном камне: (0, 8 1, 5)Ca. O Si. O 2 y. H 2 O – С-S-H(I) (1, 5 2, 0)Ca. O Si. O 2 z. H 2 O – С-S-H(II)

Гидратация C 3 S n Морфология ГСК Размер кристаллов ГСК – менее 1 – 2 мкм; Sуд. кристаллов ГСК – 300 – 350 м 2/г Фото – B. Moeser, F. A. Finger IBMS

Гидратация C 3 S Размер кристаллов Ca(OH)2 – 15 – 25 мкм; Степень гидратации C 3 S: 1 сутки – 25 – 35 % 28 суток – 75 – 85 % Фото – B. Moeser, F. A. Finger IBMS

Гидратация C 3 S Структура геля ГСК АСМ HRTEM gel = bubbling interstitial matter CSH particles = layered structure

Гидратация C 3 S n Структура геля ГСК В малых объемах структура геля ГСК приближается к искаженной кристаллической или стеклообразной, на более дальних расстояниях она аморфна и включает пустоты, в которые могут обратимо входить молекулы воды

Гидратация C 3 S Хорошо закристаллизованные ГСК – образуются в гидротермальных условиях, различаются составом, структурой кремнекислородного аниона, формой и размером кристаллов): Структура кремнекислородного аниона n n n Ортосиликаты: афвиллит С 3 S 2 H 3, хондродит – кристаллизуются в виде слоистых пластинок, кристаллов неопределенной формы Диортосиликаты: гидрат трехкальциевого силиката – кристаллизуются в виде призм, волокон; Полимерные: тоберморит C 5 S 6 Н 5, 5, ксонотлит C 6 S 6 H, фошагит C 4 S 3 H, гиллебрандит C 2 SH 2 трускотит C 6 S 10 H 3, гиролит C 2 S 3 H 2, некоит C 3 S 6 H 5 и окенит C 3 S 6 H 6 – кристаллизуются в виде мелких чешуек, волокон, слоистых пластинок, ;

Гидратация C 3 S Изменение степени полимеризации кремнекислородного аниона в процессе твердения C 3 S Орто- Диорто- Полим.

Гидратация C 2 S n 2 Ca. O Si. O 2 + x. H 2 O (1, 6 1, 9)Ca. O Si. O 2 x. H 2 O + (0, 1 – 0, 4)Ca(OH)2 n Структура и морфология ГСК – аналогично C 3 S n Степень гидратации C 2 S: 1 сутки – 5 – 10 %; 28 суток – 30 – 50 % n Sуд. кристаллов ГСК – 200 – 250 м 2/г

Гидратация C 3 А В отсутствие Ca. SO 4 2 H 2 O n 3 Ca. O Al 2 O 3 + 22 H 2 O 4 Ca. O Al 2 O 3 19 H 2 O + 2 Al(OH)3 (C 4 AH 19) n 3 Ca. O Al 2 O 3 + 16 H 2 O 4 Ca. O Al 2 O 3 13 H 2 O + 2 Al(OH)3 (C 4 AH 13) n 3 Ca. O Al 2 O 3 + 9 H 2 O 2 Ca. O Al 2 O 3 8 H 2 O + Ca(OH)2 (C 2 AH 8) n 3 Ca. O Al 2 O 3 + 12 H 2 O Ca. O Al 2 O 3 10 H 2 O + 2 Ca(OH)2 (CAH 10) n 3 Ca. O Al 2 O 3 + 6 H 2 O 3 Ca. O Al 2 O 3 6 H 2 O (C 3 AH 6) n В присутствии Ca. SO 4 2 H 2 O n 3 Ca. O Al 2 O 3 + 3(Ca. SO 4 2 H 2 O) + 32 H 2 O 3 Ca. O Al 2 O 3 3 Ca. SO 4 32 H 2 O ( C 3 ACŝ 3 H 32) ТГСАК n 3 Ca. O Al 2 O 3 + Ca. SO 4 2 H 2 O + 18 H 2 O 3 Ca. O Al 2 O 3 Ca. SO 4 18 H 2 O ( C 3 ACŝH 18) МГСАК

Гидратация C 3 A Структура и морфология ГАК n 4 Ca. O Al 2 O 3 19 H 2 O n 4 Ca. O Al 2 O 3 13 H 2 O n 2 Ca. O Al 2 O 3 8 H 2 O n Ca. O Al 2 O 3 10 H 2 O n 3 Ca. O Al 2 O 3 Ca. SO 4 18 H 2 O AFm-фаза Общая формула: [Ca 2 Al(OH)6] X n. H 2 O X X – OH-, SO 42 -, CO 32 -, Al(OH)4 -, Al(OH)63 -, Cl- и др. Размер кристаллов ГАК – 20 – 30 мкм; Фото – B. Moeser, F. A. Finger IBMS

Гидратация C 3 A Структура и морфология ГАК n 3 Ca. O Al 2 O 3 3 Ca. SO 4 32 H 2 O – AFt-фаза Общая формула: [Ca 2 Al(OH)6 12 H 2 O]2 (SO 4)3 2 H 2 O Размер кристаллов эттрингита – – 20 – 50 мкм; – OH-, SO 42 -, CO 32 -, Al(OH)4 -, Al(OH)63 -, Cl- и др. Фото – B. Moeser, F. A. Finger IBMS

Гидратация C 3 A Структура и морфология ГАК n 3 Ca. O Al 2 O 3 6 H 2 O Общая формула: n Ca 3[Al(OH)6]2 – кубическая сингония В цементе образуют гидрогранаты: n Ca 3 (Al, Fe)2 O 3 x. Si. O 2 H 2 O 6 -2 x Размер кристаллов гидрограната – – до 20 – 60 мкм Последовательность образования ГАК при гидратации С 3 А: С 3 A + Н 2 О С 4 AH(13 -19) + C 2 AH 8 C 3 AH 6 1 этап Степень гидратации C 3 A: 2 этап С 3 A + Н 2 О + Ca. SO 4 2 H 2 O С 3 ACŝ 3 H 32 С 3 ACŝH 18 1 этап 2 этап 1 сутки – 30 – 50 %; 28 суток – 80 – 90 % Фото – Кривобородов Ю. Р.

Гидратация C 3 А Дополнительные реакции: В присутствии Ca. СO 3 n 3 Ca. O Al 2 O 3 + Ca. СO 3 + 11 H 2 O 3 Ca. O Al 2 O 3 Ca. СO 3 11 H 2 O n 3 Ca. O Al 2 O 3 + 3 Ca. СO 3 + 32 H 2 O 3 Ca. O Al 2 O 3 3 Ca. СO 3 32 H 2 O (сомн. ) В присутствии Ca. СO 3 и Са(ОН)2: n 3 Ca. O Al 2 O 3 + 0, 5 Ca. СO 3 + 0, 5 Ca(ОН)2 + 12 H 2 O 3 Ca. O Al 2 O 3 0, 5 Ca. СO 3 0, 5 Ca(ОН)2 12 H 2 O В присутствии Ca. Cl 2: n 3 Ca. O Al 2 O 3 + Ca. Cl 2 2 H 2 O + 12 H 2 O 3 Ca. O Al 2 O 3 Ca. Cl 2 12 H 2 O n 3 Ca. O Al 2 O 3 + 3 Ca. Cl 2 2 H 2 O + 32 H 2 O 3 Ca. O Al 2 O 3 3 Ca. Cl 2 32 H 2 O (сомн. )

Гидратация C 4 АF Непрерывные твердые растворы гидроалюмоферритов кальция: n 4 Ca. O (Al 2 O 3, Fe 2 O 3) (13 -19)H 2 O n 3 Ca. O (Al 2 O 3, Fe 2 O 3) 6 H 2 O n 3 Ca. O (Al 2 O 3, Fe 2 O 3) Ca. SO 4 18 H 2 O n 3 Ca. O (Al 2 O 3, Fe 2 O 3) 3 Ca. SO 3 32 H 2 O n 3 Ca. O (Al 2 O 3, Fe 2 O 3) Ca. CO 3 11 H 2 O Гидроферритные фазы: n 4 Ca. O Fe 2 O 3 13 H 2 O n 3 Ca. O Fe 2 O 3 6 H 2 O n 3 Ca. O Fe 2 O 3 Ca. SO 4 18 H 2 O n Fe(OH)3 Степень гидратации C 4 AF: 1 сутки – 35 – 50 %; 28 суток – 85 – 95 %

Гидратация вторичных фаз Са. Осв. n Са. О + Н 2 О Са(ОН)2 – портландит Mg. O n Mg. О + Н 2 О Mg(ОН)2 – брусит К 2 О + Ca. SO 4 2 H 2 O n К 2 Ca(SO 4)2 H 2 O – сингенит

Кинетика гидратации C 3 S I – начальная быстрая реакция; II – индукционный период; III – период повторного ускорения реакции; IV – период постепенного замедления реакции.

Скорость гидратации клинкерных минералов

Последовательность фазообразования при гидратации портландцемента

Видеофильмы процессов гидратации минералов портландцементного клинкера

Гидратация C 3 S Обратить внимание: n n n Гидросиликаты кальция образуются в виде тонкозернистой массы вблизи исходных частиц C 3 S Портландит (Са(ОН)2) кристаллизуется из раствора с образованием крупных табличатых или гексагональных кристаллов С течением времени происходит перекристаллизация ГСК с повышением их основности и растворением образовавшихся ранее кристаллов Са(ОН)2

Гидратация C 3 S

Гидратация C 3 А в отсутствии гипса Обратить внимание: n n n Первичные гексагональные частицы гидроалюминатов образуются на поверхности частиц C 3 А (в случае крупных частиц C 3 А – более 50 – 60 мкм) или в объеме раствора (в случае мелких частиц C 3 А); Первичные гексагональные частицы гидроалюминатов кальция представляют собой твердый раствор С 4 АН 13 -19 и С 2 АН 8 С течением времени гексагональные гидроалюминаты кальция переходят в кубический гидроалюминат кальция С 3 АН 6. При повышении температуры скорость процесса перехода увеличивается

Гидратация C 3 А в отсутствии гипса

Гидратация C 3 А в присутствии гипса

Гидратация C 4 АF в отсутствии гипса

Гидратация C 4 АF в присутствии гипса