Гидратация цемента содержащего гранулированный шлак

Гранулированные шлаки это алюмосиликаты кальция с низким соотношением CaO/SiO₂. Они состоят из тех же оксидов, что и портландцементный клинкер. В идеале, составные части гранулированных шлаков существуют не в кристаллической, а в аморфной форме. Стекловидной структуры достигают крайне быстрым охлаждением (закаливанием) расплавленного шлака при выплавке стали, чугуна, меди и др.

Стекловидные шлаковые размолотые частицы затвердевают при воздействия подходящих веществ (активизаторов) в гидравлической реакции и таким образом стимулируется образование прочных гидратных фаз. Этот "латентно-гидравлический" потенциал гранулированных доменных шлаков может быть вызван как щелочными, так и сульфатными катализаторами.

Щелочная форма импульса происходит в богатых гранулированным шлаком цементах первоначальной реакции силикатов кальция клинкера, при которой образуется Ca(OH)_2. Это приводит к высокому рН раствора (12,5) вследствие диссоциации. В дальнейшем ходе реакции ионов калия и кальция, pH-значение порового раствора в короткое время поднимается выше 13. Это решение с высокой щелочностью действует как катализатор латентно-гидравлической реакции путем разъедания стекловидной структуры зерен шлакового песка и растворения поверхности зерна. Растворенные стекловидные компоненты (алюмосиликатов и силикатов кальция) затем доступны для реакции с Ca(OH)₂ из-за гидратации клинкера или собственных реакций с участием CaO (уравнение 26).

Образуются преимущественно те же гидросиликаты, что и при гидратации портландцемента и клинкерных минералов, а именно гидраты силикатов кальция, которые приводят к дальнейшему уменьшению пористой структуры и увеличению прочности.

Богатые гранулированным шлаком цементы становятся беднее в результате увеличения SiO₂ – Al₂O₃ и - доли CaO; кроме того, при гидратации силикатов кальция выделяется Ca(OH)₂, частично потребляемый гранулированным доменным шлаком при образовании гидратных продуктов.

+СН, Н

Например: C₂AS ---------→ C₄AH₁₃ + C-S-H Уравнение 26

+ Н

Например: C₂S -----------→ C-S-H + CH Уравнение 27

+ Н

Исключение (редко): C₂AS ----------→ C₂ASH₈ Уравнение 28

В связи с этим, важно иметь в виду, что Са(ОН)₂, не обязательно должен участвовать в качестве реагирующего вещества в стехиометрическом смысле реакции, как ясно показано в уравнении 26. Уравнения 27 и 28 показывают, что реакции без участия Са(ОН)₂ возможны.

Из-за низких уровней образования Ca(OH)₂ в гидратных цементах доменной печи и на основе более бедных силикатов кальция СаО придают этому цементу по сравнению с бетоном из портландцемента повышенную устойчивость к химически агрессивным водам. Увеличение доли шлакового компонента приводит к уменьшению степени гидратации ( рисунок 1.43) и увеличению сопротивляемости воздействию сульфатов. Однако поскольку гидратационные реакции протекают очень медленно, происходит увеличение прочности гранулированных шлаков в цементах, но как правило более медленно, чем в портландцементе [4, 33, 111, 140, 141, 142].

Длительность (продолжительность) гидратации, час

Длительность (продолжительность) гидратации, час

а) Скорость тепловыделения (верхний рис)

б) Суммарная теплота гидратации (кумулятивная кривая, ниже)

Рисунок 1.43 - Гидратация цементов с разным количеством шлака