Активные минеральные (гидравлические) добавки, их взаимодействие с известью

Гидратация минералов клинкера и другие химические реакции при твердении цемента (Химия портландцемента). Влияние химических превращений на свойства.

Гидролиз силикатов цемента (алита и белита)

Реакция гидролиза алита была записана в прошлой лекции. Поскольку алит - главный минерал цемента, эту реакцию надо знать и понимать ее роль в свойствах цемента. Поэтому повторим ее еще раз:

2(3CaO×SiO₂) + 6H₂O = 3CaO×2SiO₂×3H₂O + 3Ca(OH)₂.

Совершенно аналогично происходит гидролиз и второго силиката цемента – белита – с той лишь разницей, что извести выделяется значительно меньше на ту же массу исходного минерала, а также и содержание белита в цементе меньше, чем алита:

2(2CaO×SiO₂) + 4H₂O = 3CaO×2SiO₂×3H₂O + Ca(OH)₂.

В результате этих реакций образуется нерастворимый водостойкий гидросиликат кальция, который в незакристаллизованном состоянии (в виде твердого геля) обволакивает остальные (кристаллические) компоненты цементного камня (см. ниже). Второй продукт реакции – известь – оказывается, наоборот, наименее водостойким компонентом цементного камня, вследствие частичной растворимости извести. Водостойкость цемента в принципе достаточна для бетонных и железобетонных надземных конструкций. Если бетон на портландцементе эксплуатируется в подводных или подземных сооружениях, то для повышения его водостойкости известь, выделяющуюся при гидролизе алита и белита, необходимо связывать в нерастворимые соединения. Эту роль выполняют активные минеральные добавки.

В качестве активных минеральных добавок применяют природные или искусственные материалы, содержащие в своем составе в значительном количестве так называемый активный кремнезем – оксид кремния SiO₂ – в аморфном и высокодисперсном состоянии. Именно благодаря этим свойствам (аморфности и высокой дисперсности) происходит связывание извести активным кремнеземом по реакции:

Са(ОН)₂ + SiO_{2(аморф.)} = CaO SiO₂∙H₂O

Продукт реакции по-другому можно записать так: СaSiO₃∙H₂O. Это еще один гидросиликат кальция, называемый низкоосновным. Он также нерастворим в воде, хотя уступает в водостойкости высокоосновным гидросиликатам, получающимся при гидролизе алита и белита. Таким образом, добавки, содержащие активный кремнезем, повышают гидравличность вяжущего, поэтому их называют также гидравлическими добавками.

Гидравлических, или активных минеральных, добавок известно несколько типов, но в цементе применяют обычно шлак или пуццоланы. Доменный шлак при быстром охлаждении остается незакристаллизованным, поэтому и оксид кремния в нем находится в аморфном состоянии. Разумеется, перед добавлением в цемент шлак размалывают в порошок. К пуццоланам относят горные породы, в которых оксид кремния остался незакристаллизованным – вулканический пепел, диатомит, трепел, опока и др. Широко распространенные в химии и технологии вяжущих термины «пуццоланы», «пуццоланизация» уходят корнями в историю Древнего Рима. Древние римляне добавляли к извести вулканический пепел. Эту смесь и назвали позднее римским цементом. Гидратация и твердение его в точности соответствуют приведенной реакции извести с аморфным кремнеземом. Вулканический пепел добывали вблизи местечка, более позднее (итальянское) название которого звучит как Поццуоли. Отсюда и произошло понятие пуццоланы.

Дата добавления: 2014-01-11