1. Алит C3S (3CaO·SiO2 – трехкальциевый силикат)
Быстро твердеет, с большим тепловыделением, особенно впервые 7 суток и развивает при этом высокую прочность.
Такой быстрый прирост прочности сменяется малым приростом в последующие сроки твердения.
Повышенное содержание C3S важно:
· При ремонтных работах
· В бетонах, где надо получить высокую прочность в короткие сроки
· При зимнем бетонировании
2. Белит C2S (2CaO·SiO2) – двухкальциевый силикат.
В начальный период твердеет очень медленно с низким тепловыделением. Продукт твердения в течение первого месяца обладает невысокой прочностью, но при длительном твердении (несколько лет) в благоприятных условиях его прочность неуклонно увеличивается.
Белитовые цементы нужны там, где требуется высокая прочность в более поздние сроки (например в гидротехнических сооружениях)
3. C3A (3Ca O Al2O3) – (4−12%) трёхкальциевый алюминат.
В первые сутки твердения выделяет наибольшее количество теплоты и очень быстро твердеет. Однако у продукта его твердения:
· Повышенная пористость
· Низкая прочность и долговечность
· Малая стойкость против воздействия сернокислых соединений.
Не стоек к сульфатной агрессии
4. Целит C4AF (4CaO Al2O3 Fe2O3)– четырехкальциевый аллюмоферит – (5-15%).
Характеризуется умеренным тепловыделением. Твердеет значительно медленнее чем алит, но быстрее чем белит. Прочность продуктов его гидратации несколько ниже, чем у алита.
5. Клинкерное стекло.
Затвердевшее в процессе быстрого охлаждения жидкая фаза. Имеет переменный состав, увеличивает прочность цементного камня
6. Щелочи (Na2O, K2O) (0,5 – 1 %)
Если их более одного процента, то они вызывают непостоянство сроков схватывания цемента, и образование выцветов на поверхности растворов или бетонов. Опасные и в том случае, когда в заполнителях бетона есть опаловидный кремнезём (SiO2·nH2O), который взаимодействует со щелочами уже при нормальной температуре, причём, объем продуктов реакции увеличивается что вызывает растрескивание бетона в конструкции.
Правило: для исключения (K2O+Na2O) должно быть не более 0,6 %
7. Свободные CaO и MgO.
Если CaO более 7 % или Mg0 более 7 %, то они ведут себя, в цементом камне, как пережог извести.
Твердение портландцемента.
При смешивании с водой образуется тесто, которое постепенно густеет и превращается в камневидное тело.
Эти изменения происходят при взаимодействии клинкерных минералов с водой и образовании новых соединений:
Алит взаимодействует с водой: 2(3CaO · Si O2) + 6 H2O = 3 CaO·2SiO2·3H2O + 3Ca(OH)2 + Q↑↑
2(2CaO · SiO2) + 4H2O = 3CaO · SiO2 · 3H2O + Ca(OH)2
Трёхкальциевый алюминат: 3Ca Al2O3 +6H2O = 3CaO · Al2O3 · 6H2O (гидроалюминат кальция)
4CaO · Al2O3 · Fe2O3 + mH2O = 3CaO · Al2O3 · 6H2O + CaO · Fe2O3 · nH2O
Молотый клинкер схватывается в течение нескольких минут. Растворные и бетонные смеси нежизнеспособны из-за быстрой гидратации C3A.
Для замедления сроков схватывания при помоле вводятся до 5 % двуводного гипса, который взаимодействует с C3A и образует комплексное соединение – трехкальциевый гидросульфоалюминат кальция. (Это минерал, который называется эттрингит: это минерал 3CaO Al2O3 + 3(CaSO4 · 2H2O) + 25·26 H2O = 3CaO · Al2O3 3Ca SO4 · 31-32 H2O - Г.С.А.К.)
Гидросульфоалюминат кальция образует оболочки и замедляет схватывание на 3-5 часов.
Кроме того гипс ускоряет твердение цемента в начальный период.
По теории академика А.А. Байкова твердение портландцемента включает в себя 3 периода:
1. Период растворения.
Вяжущее вещество растворяется в воде до образования насыщенного раствора.
Происходит образование коллоидных масс, придающих тесту пластичность.
2. Период коллоидации или схватывания.
Характеризуется прямым присоединением воды к твердой фазе вяжущего, и возникновением гидратного соединения высокой коллоидной дисперсности без промежуточного растворения исходного материала. Одновременно происходит схватывание массы
3. Период кристаллизации и твердения.
Гелеобразные новообразования перекристализовываются и превращаются в кристаллический сросток, что сопровождается твердением системы и нарастанием ее прочности.