ГЛАВА 9. ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТОВ

Схватывание теста

Большое практическое значение при использовании вяжущих веществ имеет скорость их схватывания и твердения.

Схватыванием называется процесс, при котором относительно подвижная смесь цемента с водой постепенно густеет и приобретает такую начальную прочность, при которой ее механическая переработка становится практически затруднительной и даже невозможной (в конце схватывания). Поэтому вяжущие вещества, в том числе и цементы, должны характеризоваться такими сроками схватывания, которые дают возможность приготовлять растворные и бетонные смеси и использовать их в деле.

Различают начало и конец схватывания теста из того или иного вяжущего. Условно в соответствии со стандартами эти сроки схватывания определяют на тесте нормальной густоты при температуре 20°С±2 по глубине погружения в него иглы Вика. По ГОСТ 10178—76 (с изм.) начало схватывания теста из этого вяжущего должно наступать не ранее 45 мин, а конец схватывания не позднее 10 ч, считая от момента смешения цемента с водой.

До начала схватывания тесто обладает тиксотропными свойствами. По мере приближения к концу схватывания цементное тесто или бетонная смесь становятся все хуже обрабатываемыми. Необходимо, чтобы смеси в это время твердели в спокойном состоянии. Однако и в этот промежуток времени (до конца схватывания) допускается иногда механическое воздействие на бетонную смесь, если только оно приводит к уплотнению и упрочнению бетона, хотя и вызывает нарушение начальной структуры схватившегося цемента. При таком быстро-твердеющем вяжущем, каким является полуводиый гипс, воздействие на тесто и бетой после наступления начала схватывания приводит к резкому снижению прочности системы.

Вяжущее тем ценнее, чем быстрее нарастает его прочность после начала схватывания и, следовательно, чем меньше разрыв во времени между его началом и концом. Сроки схватывания цементов зависят от многих факторов и подчиняются регулированию в довольно широких пределах с учетом требований, предъявляемых к вяжущим, применяемым в строительстве.

В значительной мере отражается на скорости их схватывания минеральный состав цементов. Так, цементы с повышенным содержанием алюминатов кальция характеризуются более короткими сроками схватывания. Белитовые цементы схватываются медленнее.

Важнейший регулятор скорости схватывания портландцементов — двуводный гипс, который вводится в них при помоле в количестве 3—6 % по массе или из расчета содержания серного ангидрида в вяжущем не более 3,5 и не менее 1,5 % (ГОСТ 10178—76, с изм.). Клинкер, измельченный без гипса, характеризуется очень короткими сроками схватывания, препятствующими его использованию.

Чем больше алюминатов кальция и щелочных соединений в цементе, чем выше тонкость помола, тем больше гипса следует вводить в него. Оптимальное количество последнего в зависимости от свойств цемента устанавливают специальными опытами. Необходимо отметить, что от количества гипса в цементе зависят не только сроки его схватывания, но и такие важнейшие свойства, как прочность, скорость твердения, усадочные деформации, морозостойкость и др. Оптимальное количество гипса в портландцементе следует устанавливать с учетом тех требований, какие предъявляют к свойствам цемента при использовании в различных конструкциях и сооружениях. Но и при оптимальных добавках двувод-ного гипса приходится иногда сталкиваться с цементами, характеризующимися так называемым «ложным» схватыванием. Оно проявляется в том, что цемент при смешении с водой схватывается почти немедленно, но при последующем интенсивном перемешивании дает, особенно с небольшой добавкой воды, тесто с нормальными сроками схватывания, затвердевающее без потери прочности. Явление ложного схватывания объясняется наличием в цементе полуводного гипса или обезвоженных полугидратов, образовавшихся во время помола клинкера в мельницах при повышенных температурах (130— 160 °С). При повышенном содержании щелочей в цементе оно интенсивнее. Иногда ложное схватывание проявляется у цементов, длительно хранившихся в силосах при высокой температуре. Помол и хранение цементов при низких температурах создают гарантию против получения этих вяжущих с нежелательными явлениями ложного схватывания.

Быстрое схватывание цементов, не устраняемое дополнительным перемешиванием теста, наблюдается у цементов с недостаточным содержанием двуводного гипса.

Резкая разница скоростей схватывания цемента с добавкой гипса и без нее до последнего времени объяснялась следующим образом. При смешении с водой цемента, содержащего двуводный гипс, на поверхности клинкерных зерен немедленно в виде пленок образуется эттрингит 3CaO-Al203’3CaS04"31H20, почти прекращающий на некоторое время взаимодействие цемента с водой. При этом наступает так называемый индукционный период, или период покоя. В последующем экранирующие оболочки постепенно разрушаются и через 3—6 ч период покоя заканчивается. Начинается дальнейшее взаимодействие цемента с водой и нарастание структурной прочности системы. Предполагалось, что при смешении с водой цемента без гипса начинается быстрое взаимодействие между ними, значительное образование гидратов, в первую очередь алюминатов кальция, вызывающих схватывание системы уже через 10—20 мин.

Результаты новых исследований Лохера с сотрудниками привели к иному пониманию сущности рассматриваемых процессов. По их данным, при смешении с водой цемента, содержащего и не содержащего гипс, быстро возникают на поверхности клинкерных зерен гидратные новообразования, создающие экранирующие пленки, почти полностью прекращающие взаимодействие вяжущего с водой. В обоих случаях наступает индукционный период (период покоя). Но при этом решающее значение для подвижности водоцементной смеси приобретает различие в структуре оболочек. Изучение с помощью сканирующего электронного микроскопа структур, образующихся при начальном взаимодействии с водой цемента с добавкой гипса, показало, что на поверхности клинкерных зерен образуются тонкие оболочки из мельчайших частичек эттрингита. Они не вызывают связывания зерен друг с другом и практически не снижают подвижность водной суспензии. При отсутствии гипса в цементе на поверхности его зерен образуются объемистые рыхлые оболочки из гидроалюминатов кальция, связывающие их в единую, хотя и малопрочную, структуру начального твердения.

В цементе с гипсом в течение нескольких часов после смешения его с водой в оболочке на зернах происходит перекристаллизация частичек эттрингита с образованием удлиненных кристаллов, постепенно связывающих цементные частички друг с другом. При этом возникает эффект схватывания теста. Вследствие перекристаллизации оболочки становятся более проницаемыми для воды, что приводит к усилению ее взаимодействия с цементом и к дальнейшему упрочнению структуры.

Возникновение подобных экранирующих пленок в начальный период взаимодействия с водой наблюдается и у других вяжущих, в частности у C3S и С3А. При этом длительность блокирования частичек цемента от взаимодействия с водой, т.е. длительность индукционного периода, зависит от состава и свойств образующихся оболочек и их «долговечности» в условиях окружающей среды. Например, по опытам ряда исследователей, гипс и хлористый кальций способствуют сокращению индукционного периода трехкальциевого силиката, а сахар, три-этаноламин и некоторые другие вещества повышают устойчивость блокирующих оболочек и удлиняют период покоя. Хлористый кальций иногда в смеси с азотистокис-лым натрием (нитрит натрия NaN02) часто используют в качестве ускорителя схватывания и твердения бетонов. Нитрит натрия предотвращает корродирующее влияние хлорида на стальную арматуру. Хлористый кальций вводится в количестве 0,5—1,5 % массы цемента. Он реагирует с СзА, образуя малорастворимое соединение — хло-ралюминат кальция ЗСаО-А1203-СаС12-IQH2Q.

Следует отметить, что при очень небольших добавках СаС12 может действовать как замедлитель скорости схватывания. Примерно так же действуют Ca(N03h, Ыа2СОз, Na2Si03, полуводный гипс и др. Сода, действуя ускоряюще, часто вызывает снижение прочности.

Наконец, имеется группа веществ (Na3P04, Na2B407, уксуснокислый кальций, сахар и др.), резко замедляющих скорость схватывания цементов. Некоторые из них, вводимые в соответствующем количестве (1— 3%), отодвигают схватывание цемента на неопределенно долгое время.

На скорость схватывания цементов значительно влияют и такие факторы, как В/Ц и температура. С увеличением В/Ц и понижением температуры скорости схватывания и твердения уменьшаются и наоборот.

Увеличение тонкости помола цемента также способствует увеличению скорости его схватывания.

При хранении цементов на складах на них воздействуют пары воды и С02, содержащиеся в воздухе. При этом на поверхности цементных частичек образуются пленки гидратных новообразований, а также карбоната кальция, способствующие замедлению реакций цемента с водой и скорости его схватывания.

Время начала схватывания цемента

Время загустевания цементного теста или растворной составляющей определяется по данным о сроках схватывания.
Характеристиками этого процесса служит время до начала схватывания и время до конца схватывания. Когда цементное тесто достигает состояния, отвечающего началу схватывания, оно не может быть должным образом уложено и уплотнено. Конец схватывания соответствует началу твердения теста. Со времени начала схватывания бетонная смесь претерпевает заметную потерю текучести. Добавки могут влиять на сроки схватывания. Ко времени начала схватывания цементного теста начинается гидратация C3S. Согласно данным некоторых исследователей, рекристаллизация эттрингита является фактором, сильно воздействующим на время до начала схватывания. Конец схватывания теста наступает до того, как в нем тепловыделение протекает с максимальной скоростью, т. е. до конца стадии III.
В бетонной смеси также наблюдается ложное схватывание. Оно заметно в тех случаях, когда затвердевание происходит в присутствии частично дегидратированного гипса. Удобоукладываемость смеси удается восстановить дополнительным перемешиванием. Ложное схватывание может быть вызвано образованием избыточного количества эттрингита — особенно в присутствии некоторых замедлителей. Сообщалось о том, что в некоторых случаях ложное схватывание вызывалось образованием сингенита (KCS2H).
В бетонной смеси ложное схватывание может произойти вследствие реакции С3А с образованием гидроалюминатов кальция и гидрата моносульфоалюмината. Удобоукладываемость не может быть восстановлена после того, как произошло ложное схватывание.
Сроки схватывания цемента можно определить с помощью приборов Джилмора или Вика. В методе Джилмора на лепешку из цементного теста диаметром 75 мм и толщиной 12,5 мм, отформованную на стекле, наносят отпечаток иглой. Для определения времени до начала схватывания используется игла массой 113,4 г и диаметром 2 мм, однако для определения времени до конца схватывания аналогичная игла имеет массу 453,6 г и диаметр 1 мм. Время до начала схватывания определяют как время, когда первая игла Джилмора не оставляет заметного отпечатка, а время до конца схватывания — когда это же происходит при применении второй иглы.
Все стандартные цементы должны иметь время до начала схватывания не менее 60 мин, а время до конца схватывания — не более 10 ч; при применении иглы Вика — соответственно 45 мин и 8 ч.
Методика работы с иглой Вика подобна описанной выше; различны лишь масса и диаметр иглы и размеры образца из цементного теста. В этом методе время до начала схватывания фиксируется, когда игла проходит в тесто на глубину 25 мм, а время до конца схватывания — когда игла заметно не проникает в цементное тесто. Для испытания используют цементный раствор. Пенетрометр применяют для определения времени до начала и конца схватывания. Определена сила, требуемая для проникания иглы на глубину 25 мм. Силу, приходящуюся на единицу площади, создаваемую иглой и выдерживаемую поверхностью теста, называют сопротивлением пенетрации. Время до начала схватывания — время с момента контакта цемента с водой, рассчитанное на приготовление цементного раствора, просеянного из бетона, до достижения сопротивления пенетрации 3,5 МПа. Соответственно время до конца схватывания — величина, равная 27,6 МПа.

сроки схватывания цемента

Сроки схватывания цемента — – время начала и конца схватывания цементного теста, определяемое в нормированных условиях. [ГОСТ 30515 2013] Сроки схватывания – это начало и конец схватывания цемента. За начало схватывания принимается начало потери подвижности… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Сроки схватывания цемента — Время начала и конца схватывания цементного теста, определяемое в нормированных условиях Источник: ГОСТ 30515 97: Цементы. Общие технические условия оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Сроки схватывания вяжущих — – определяют на приборе Вика с помощью иглы, которую опускают в тесто нормальной густоты. У гипса эти сроки колеблются от 2 мин. – начало, до 15 30 и более мин. – конец. У цемента начало схватывания 45 мин., конец 10 12 часов от начала… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Добавки, регулирующие сроки схватывания — – вещества, ускоряющие или замедляющие процессы структурообразования бетонной смеси. [ГОСТ 24211 91] Рубрика термина: Добавки в бетон Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы, Автодороги … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Свойства цемента — Термины рубрики: Свойства цемента Активация цемента Активность цемента Активность цемента при пропаривании Алюминаты кальция … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Показатели качества цемента — – сроки схватывания, тонкость помола, подвижность цементно песчаного раствора, растекаемость цементного теста, гидрофобность, водонепроницаемость, сульфатостойкость, морозостойкость, огнеупорность, коррозиестойкость, содержание в клинкере… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

ГОСТ 30515-97: Цементы. Общие технические условия — Терминология ГОСТ 30515 97: Цементы. Общие технические условия оригинал документа: Активная минеральная добавка к цементу Минеральная добавка к цементу, которая в тонкоизмельченном состоянии обладает гидравлическими или пуццоланическими… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Добавки в бетон — Термины рубрики: Добавки в бетон Абиетат натрия Аэросил Гарантийный срок хранения добавки Добавка Добавка бактерицидная … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

NITCAL S 45ТМ — NITCAL S 45ТМ – противоморозная добавка, до 25°С. Используется как основа полифункцио­нальных составов, сухих строительных смесей широкого спектра направ­ленности. В производстве бетонов и растворов, в т.ч. ячеи­стых, для бетонов… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Лигнопан Б-4 — (ТУ 57 45 004 74660901) – противо­морозная пластифицирующая добавка до 20°C. Выпускается 2 х модификаций, в жидком (готовом к применению 40% растворе плотностью 1,24 ±0,03 и су­хом товарном виде. Выполняет одновременно противоморозную,… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Сколько затвердевает цемент и от чего это зависит?

В соответствии с общепринятой теории, если бетон или цементный раствор изготовлен в соответствии с правилами и пропорциями начинает затвердевать сразу после заливки. При этом его прочностные характеристики увеличиваются постепенно.

Этот процесс занимает некоторое время и зависит от марки цемента и температурных условий, при которых происходит заливка и выдержка конструкции. В общем случае, для продолжения строительства достаточно 30 суток выдержки, в отдельных случаях, для высоконагруженных конструкций, этот срок увеличивают до 90 суток. Если речь идет о бетонных полах, площадках и отмостках, ходить по их поверхности можно уже через 72 часа после заливки.

Этапы твердения бетона и раствора

Процесс отвердевания бетона (раствора) состоит из двух этапов – схватывание и отвердение. Первый этап проходит достаточно быстро – не более 24 часов с момента замешивания. При этом на скорость схватывания более всего влияет температура окружающего воздуха.

При плюсовой температуре ( 20-22 градуса Цельсия)смесь начинает схватываться через 2 часа после замешивания, а окончится через час после начала схватывания. При температуре воздуха около 0 градусов Цельсия время схватывания существенно увеличивается. Обычно это не менее 20 часов на полное схватывание и 6-10 часов на начало схватывания.

Второй этап – твердение занимает значительно больше времени. При всех прочих равных условиях на полное твердение бетона уйдут годы. Надо понимать, что срок 30 дней, который обычно указывают в инструкциях, подразумевает не окончание твердения, а достижение такой степени твердости, которая позволяет продолжать строительные работы.

Способы влияния на время сушки

Строго соблюсти все требования технологии бетонирования бывает трудно. Природа редко подстраивается под наши проблемы и зачастую в самый разгар стройки могут начаться ночные и утренние заморозки, пойдет дождь и даже снег. В связи с этим разработан ряд приемов, с помощью которых можно управлять процессом схватывания бетона или раствора:

• При понижении температуру ниже допустимого уровня бетон или раствор принято подогревать тем или иным способом: тепловой пушкой, паром, созданием тепляков, мощным электрическим тепловентилятором и другими доступными способами;
• Процесс бетонирования можно ускорить с помощью специальных солевых или бессолевых присадок сокращающих время схватывания. Это различные варианты химических соединений натрия, калия, кальция. Самой популярной и недорогой присадкой является всем известный поташ;

Зачастую стоит обратная задача – замедлить процесс схватывания. Обычно такая потребность возникает при доставке готового для заливки материала на строительную площадку. В этом случае также используют присадки – ПАВы. Причем количество ПАВов определяется в каждом конкретном случае в зависимости от пропорций компонентов (марки бетона или раствора).