Схоплювання цементного тесту - суміш цементу з водою поступово густіє і набуває таку
Велике практичне значення при використанні в'яжучих речовин має швидкість їх схоплювання і твердіння.
Схоплюванням називається процес, при якому щодо рухлива суміш цементу з водою поступово густіє і набуває таку початкову міцність, при якій її механічна переробка стає практично скрутній і навіть неможливою (в кінці схоплювання). Тому в'яжучі речовини, в тому числі і цементи, повинні характеризуватися такими термінами схоплювання, які дають можливість готувати розчинні і бетонні суміші і використовувати їх в справі.
Розрізняють початок і кінець схоплювання тесту з того чи іншого в'яжучого. Умовно відповідно до стандартів ці терміни схоплювання визначають на тесті нормальної густоти при температурі 20 ° С ± 2 по глибині занурення в нього голки Віка. За ГОСТ 10178-76 (з ізм.) Початок схоплювання тесту з цього в'яжучого повинен наступати не раніше 45 хв, а кінець схоплювання не пізніше 10 год, рахуючи від моменту змішування цементу з водою.
До початку схоплювання тісто має тиксотропні властивості. У міру наближення до кінця схоплювання цементне тісто або бетонна суміш стають все гірше робочою. Необхідно, щоб суміші в цей час тверднули в спокійному стані. Однак і в цей проміжок часу (до кінця схоплювання) допускається іноді механічний вплив на бетонну суміш, якщо тільки воно призводить до ущільнення і зміцнення бетону, хоча і викликає порушення початкової структури схопився цементу. При такому швидко-твердне в'язкому, яким є полуводіий гіпс. вплив на тісто і бетою після настання початку тужавлення призводить до різкого зниження міцності системи.
В'яжучий тим цінніше, чим швидше наростає його міцність після початку схоплювання і, отже, чим менше розрив у часі між його початком і кінцем. Терміни схоплювання цементів залежать від багатьох факторів і підкоряються регулювання в досить широких межах з урахуванням вимог, що пред'являються до в'язким, що застосовуються в будівництві.
Найважливіший регулятор швидкості схоплювання портландцементов - двуводний гіпс, який вводиться в них під час помелу в кількості 3-6% по масі або з розрахунку вмісту сірчаного ангідриду в в'язкому не більше 3,5 і не менше 1,5% (ГОСТ 10178-76, з вим.). Клінкер, подрібнений без гіпсу, характеризується дуже короткими термінами схоплювання, що перешкоджають його використанню.
Чим більше алюмінатів кальцію і лужних сполук в цементі, чим вище тонкість помелу, тим більше гіпсу слід вводити в нього. Оптимальна кількість останнього в залежності від властивостей цементу встановлюють спеціальними дослідами. Необхідно відзначити, що від кількості гіпсу в цементі залежать не тільки терміни його схоплювання, але і такі найважливіші властивості, як міцність, швидкість твердіння, усадочні деформації, морозостійкість та ін. Оптимальна кількість гіпсу в портландцементі слід встановлювати з урахуванням тих вимог, які висувають до властивостями цементу при використанні в різних конструкціях і спорудах. Але і при оптимальних добавках двувод-ного гіпсу доводиться іноді стикатися з цементамі, що характеризуються так званим «хибним» схоплюванням. Воно проявляється в тому, що цемент при змішуванні з водою схоплюється майже негайно, але при подальшому інтенсивному перемішуванні дає, особливо з невеликою добавкою води, тісто з нормальними термінами схоплювання, твердне без втрати міцності. Явище хибного тужавлення пояснюється наявністю в цементі полуводного гіпсу або зневоднених напівгідрат, що утворилися під час помелу клінкеру в млинах при підвищених температурах (130- 160 ° С). При підвищеному вмісті лугів в цементі воно інтенсивніше. Іноді помилкове схоплювання проявляється у цементів, які тривалий час зберігалися в силосах при високій температурі. Помел і зберігання цементу при низьких температурах створюють гарантію проти отримання цих в'яжучих з небажаними явищами хибного тужавлення.
Різка різниця швидкостей схоплювання цементу з добавкою гіпсу і без неї до останнього часу пояснювалася наступним чином. При змішуванні з водою цементу, що містить двуводний гіпс, на поверхні клінкерних зерен негайно у вигляді плівок утворюється еттрінгіт 3CaO-Al203'3CaS04 "31H20, майже припиняє на деякий час взаємодія цементу з водою. При цьому настає так званий індукційний період, або період спокою. В подальшому екранують оболонки поступово руйнуються і через 3-6 ч період спокою закінчується. Починається подальшу взаємодію цементу з водою і наростання структурної міцності системи. Передбачалося, що при змішуванні з водою цементу без гіпсу починається швидке взаємодія між ними, значне утворення гідратів, в першу чергу алюмінатів кальцію, що викликають схоплювання системи вже через 10-20 хв.
Результати нових досліджень Лохера з співробітниками привели до іншого розуміння сутності розглянутих процесів. За їхніми даними, при змішуванні з водою цементу, що містить і не містить гіпс, швидко виникають на поверхні клінкерних зерен гідратів новоутворення, що створюють екранують плівки, майже повністю припиняють взаємодію в'яжучого з водою. В обох випадках настає індукційний період (період спокою). Але при цьому вирішальне значення для рухливості водоцементному суміші набуває відмінність в структурі оболонок. Вивчення за допомогою скануючого електронного мікроскопа структур, що утворюються при початковому взаємодії з водою цементу з добавкою гіпсу, показало, що на поверхні клінкерних зерен утворюються тонкі оболонки з найдрібніших частинок еттрінгіта. Вони не викликають зв'язування зерен один з одним і практично не знижують рухливість водної суспензії. При відсутності гіпсу в цементі на поверхні його зерен утворюються об'ємні пухкі оболонки з гідроалюмінатов кальцію, що зв'язують їх в єдину, хоча і не дуже міцної, структуру початкового твердіння.
У цементі з гіпсом протягом декількох годин після змішування його з водою в оболонці на зернах відбувається перекристалізація частинок еттрінгіта з утворенням подовжених кристалів, поступово зв'язують цементні частинки один з одним. При цьому виникає ефект схоплювання тесту. Внаслідок перекристалізації оболонки стають більш проникними для води, що призводить до посилення її взаємодії з цементом і до подальшого зміцнення структури.
Виникнення подібних екранують плівок в початковий період взаємодії з водою спостерігається і у інших в'яжучих, зокрема у C3S і С3А. При цьому тривалість блокування частинок цементу від взаємодії з водою, тобто тривалість індукційного періоду, залежить від складу і властивостей утворюються оболонок і їх «довговічності» в умовах навколишнього середовища. Наприклад, по дослідам ряду дослідників, гіпс і хлористий кальцій сприяють скороченню індукційного періоду трехкальциевого силікату, а цукор, три-етаноламін і деякі інші речовини підвищують стійкість блокуючих оболонок і подовжують період спокою. Хлористий кальцій іноді в суміші з азотістокіс-лим натрієм (нітрит натрію NaN02) часто використовують в якості прискорювача схоплювання і твердіння бетонів. Нітрит натрію запобігає корродіруют вплив хлориду на сталеву арматуру. Хлористий кальцій вводиться в кількості 0,5-1,5% маси цементу. Він реагує з СзА, утворюючи малорастворимое з'єднання - хло-ралюмінат кальцію ЗСАТ-А1203-СаС12-IQH2Q.
Слід зазначити, що при дуже невеликих добавках СаС12 може діяти як сповільнювач швидкості схоплювання. Приблизно так само діють Ca (N03h, Иа2СОз, Na2Si03, напівводяний гіпс і ін. Сода, діючи ускоряюще, часто викликає зниження міцності.
Нарешті, є група речовин (Na3P04, Na2B407, оцтовокислий кальцій, цукор і ін.), Різко уповільнюють швидкість схоплювання цементів. Деякі з них, що вводяться у відповідній кількості (1 3%), відсувають схоплювання цементу на невизначено довгий час.
На швидкість схоплювання цементів значно впливають і такі фактори, як В / Ц і температура. Зі збільшенням В / Ц і зниженням температури швидкості схоплювання і твердіння зменшуються і навпаки.
Збільшення тонкості помелу цементу також сприяє збільшенню швидкості його схоплювання.
При зберіганні цементів на складах на них впливають пари води і С02, що містяться в повітрі. При цьому на поверхні цементних частинок утворюються плівки гідратних новоутворень, а також карбонату кальцію, що сприяють уповільненню реакцій цементу з водою і швидкості його схоплювання.