0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Процесс твердения цементного раствора

Сколько сохнет цемент и как ускорить этот процесс?

Процесс сушки цемента, точнее бетона или раствора на его основе представляет собой сложный процесс, требующий соблюдения определенных условий. Зная, через какой период времени можно начинать нагружать или эксплуатировать конструкцию , вы убережете свой дом или сооружение от растрескивания или разрушения.

  • От чего зависит скорость высыхания?
  • Сколько сохнет цемент в комфортных условиях?
  • Способы ускорения высыхания бетона

что влияет на скорость высыхания цемента?

Что такое цемент и что значит его марка

Что же такое цемент, и какие его виды применяются наиболее часто? Цементы — это большая группа гидравлических вяжущих веществ. Большая их часть — это силикаты и алюминаты кальция, которые образуются в результате обжига до состояния спекания сырьевой смеси соответствующего состава.

Самое большое распространение получили такие виды строительного цемента, как портландцемент, шлакопортландцемент и глиноземистый. Они применяются для приготовления строительных растворов, бетонных смесей, асбестоцементных изделий.

Что значит марка цемента, и от чего она зависит? Марка цемента – это условный показатель для обозначения максимальных прочностных качеств вещества. То есть, марка цемента зависит от его прочности. Для всех основных видов цемента, кроме глиноземистых, расширяющихся и безусадочных, марка соответствует пределу прочности при изгибе образцов-балочек размером 40x40x160 мм и сжатии их половинок из пластичного раствора состава 1:3 (по массе) в возрасте 28 суток.

Марку для глиноземистого цемента устанавливают по результатам испытания через 3 суток.

Тонкость помола цементов — это величина остатка на сите с сеткой, которая установлена в соответствии с утвержденными стандартами и техническими условиями номера. На скорость схватывания и твердения как раз и влияет тонкость помола. Такое свойство всех видов цемента, как прочность, особенно в начальные периоды твердения, повышается, если клинкер мелко измолот.

Причины ухудшения свойств раствора и возникающие риски

На морозе раствор без специальных добавок не сможет набрать прочность

Твердение начинается при возникновении химической реакции между молекулами воды и цемента. Реакция замедляется со снижением температуры, а при показателе 0°С совсем останавливается. Падение температуры ниже нуля градусов ведет к замерзанию свободной воды, которая уже не будет взаимодействовать с цементом.

В смеси происходят процессы:

  • раствор перестает схватываться до тех пор, пока в нем будет находиться жидкость в форме льда;
  • замерзшая вода увеличивает свой объем (до 9% от общей кубатуры), в порах повышается давление, разрушается структура цементного состава;
  • если раствор успел набрать некоторую прочность до мороза, нарушение структурных связей ведет к стойкому снижению этого показателя;
  • набор крепости останавливается окончательно, если в ближайшие 28 суток (время формирования стопроцентной прочности) температура не повысится выше 0°С.

В момент оттаивания кристаллов жидкости процесс твердения мог бы возобновиться. Но разрушенная структура и многочисленные пустоты не дают это сделать полноценно, хотя некоторую положительную динамику можно отметить. Полученной прочности после оттаивания недостаточно для сдерживания кирпичей в кладке. Смесь теряет эластичность, становится хрупкой, трескается при возникновении усилий, например, если на стену ведется монтаж плит перекрытия или балок.

Важно работать быстро, строго следить за ровностью и равномерностью швов

При приготовлении состава для работ в мороз применяют добавки. Кладка кирпича зимой ведется с соблюдением приемов:

  • толщину шва выдерживают стабильной на всех делянках в горизонтальных и вертикальных рядах, выполняют перевязку швов, строго соблюдают схему порядовки;
  • при остановке кладки даже на небольшой промежуток времени, раствором заполняют вертикальные швы между тычковыми и ложковыми стенками;
  • незаконченный участок закрывают рубероидом.

При возобновлении работ сбивают замерзшую цементную смесь и лед кельмой или другим инструментом, уделяют вниманию четкому соблюдению вертикальности ограждений.

Предотвращение проблем и применение гипсово-цементной смеси

При нанесении цементного раствора с добавлением гипса на кирпичную стену, которая располагается внутри здания, можно спасти ситуацию довольно просто. Достаточно наложить слой стандартной цементной финишной штукатурки или шпаклевки. Это защитит материал от контакта с влагой и предотвратит появление эттрингита. Если стена бетонная или выходит наружу, такой подход не будет результативным.

Читать еще:  Мини цех для производства цемента

Химическая реакция неизбежна, и даже при ее медленном развитии отделка прослужит максимум 5 лет, да и то при условии неподверженности покрытия регулярному воздействию влаги. В качестве фасадного оформления цемент полностью разрушится после первой же зимы.

Чтобы устранить риск появления эттрингита, в композицию «гипс плюс цемент» вводят специальные пуццолановые добавки с кремнеземом в активной форме. Они могут быть природными (диатомит, трепел, опока) или синтетическими по происхождению (кислые доменные шлаки, метакаолин, белая сажа, микрокремнезем).

При добавлении этих веществ падает концентрация гидрооксида кальция в растворе, поэтому цементная бацилла не появляется. При изготовлении раствора с таким составом получается ГЦПВ — гипсо-цементно-пуццолановое вяжущее.

ГЦПВ активно применяется при производстве бетонов, прочность которых составляет 15-80 МПа, морозостойкость — 25-300 циклов и даже более. В таких бетонах тщательно подобраны пропорции основных компонентов, а также пуццолановых добавок, пластификаторов, наполнителей. Подобный бетон отверждается уже за 60 минут, а прочен настолько, что может служить сырьем для изготовления искусственного камня для фасадов.

При самостоятельном заведении ГЦПВ тоже возможно пользоваться кремнеземными добавками, но результат часто бывает непредсказуемым. Во избежание последствий лучше применять заводские смеси и строго соблюдать технологию, что напрямую влияет на качество и долговечность результата.

Химический состав цемента

Важной составляющей цемента является активная известь (СаО). Кроме свободного состояния оксид кальция (СаО) также входит в соединения, образующие: двух кальциевый силикат (С2S), трех кальциевый силикат (C3S), трех кальциевый алюминат (С3А) и четырех кальциевый алюмоферит (C4AF).

Эти химические вещества также взаимодействуют с водой, причем наиболее быстро это делает трех кальциевый алюминат (С3А) — за 3…5 минут.

При твердении бетона сначала образуется коллоид, затем — кристаллический сросток, далее — кристаллический каркас.

Чтобы процесс кристаллизации проходил равномерно, в цемент вводят гипс, количество которого должно точно соответствовать количеству С3А.

Поэтому, те самоделкины, которые хотят ускорить процесс затвердевания бетона путем введения гипса в состав смеси, нарушают этот баланс и снижают конечную прочность цементного камня.

Химия бетона — это очень точная наука.

В результате нескольких реакций с водой (и с учетом добавок, например, микрокремнезема) получается основа цементного камня — практически не растворимый гидросиликат кальция CaO⋅SiO2⋅nH2O.

Чем его больше, тем выше водостойкость и прочность бетона.

Отвердевший цементный камень — это неоднородная структура, представляющая собой смесь геля и кристаллических сростков.

Без дополнительных условий на третьи сутки прочность цементного камня составляет 40…50%, а через неделю — 60…70% от конечной.

Чем тоньше помол цемента, тем выше прочность и скорость твердения.

Естественно, что чем тоньше помол, тем выше удельная поверхность цемента. Она измеряется в см2/г.

Считается, что каждый ее прирост на 1000 см2/г повышает активность цемента на 20…25%.

В соответствии с помолом определяется марка цемента и его стоимость.

Хлористый кальций и с чем его «едят»

Хлорид кальция – это кальциевая соль соляной кислоты. Химическая формула CaCl2. Является побочным продуктом при производстве соды. Находит применение в различных областях, в том числе медицине, пищевой промышленности, химии, добыче нефти, металлургии и прочее. Очень активно применяется в строительстве и коммунальном хозяйстве ( как антигололедный реагент).

В строительстве хлорид кальция в массовом порядке используется как добавка в бетоны. Это один из самых мощных ускорителей схватывания и твердения бетона, что, в том числе, позволяет эффективно использовать хлорид кальция при зимнем бетонировании как противоморозную добавку.

Имеет целый ряд положительных свойств, что в комплексе и предопределяет массовость использования хлорида кальция в нашей стране и за рубежом.

Хлористый кальций как ускоритель схватывания и твердения цемента используется строителями и производителями стройматериалов круглый год.

Среди производителей штучных бетонных изделий, блоков из ячеистых и легких бетонов популярен тем, что ускоряется процесс оборота готовых форм, и увеличивается объем выпуска продукции. При этом процесс работы на производстве не требует жестких рамок температуры окружающей среды в цехах. Отформованные изделия наберут свою минимально необходимую прочность даже при отрицательных температурах.

Читать еще:  Рецепты герметиков с цементом

Строители также активно используют хлорид кальция. Применяя эту добавку при заливке бетона, есть возможность сократить сроки проведения данных работ в летнее время и осуществить качественное бетонирование в зимних условиях.

Хлорид кальция как ускоритель

Хлорид кальция существенно подстегивает процесс гидратации основных минеральных компонентов бетона.

Использование этой добавки актуально и летом, и зимой

В зависимости от температуры окружающей среды возможно испарение воды до 40% из объема бетона. Поэтому летом бетон без добавок-ускорителей существенно теряет в своем качестве. Оставшегося количества воды не хватает для полной гидратации цемента: часть цемента сработает вхолостую, и выключится из работы по твердению. При этом испаряющаяся из толщи бетона вода мигрирует к поверхности, образуя направленные сквозные поры. Если такой раствор заливается на улице, то через несколько зимних периодов своей эксплуатации бетон может полностью разрушиться ( за счет процесса замораживания/оттаивания воды в порах). Поэтому для процесса твердения важен начальный период ( первые несколько суток), и, если его правильно отработать, вы получите качественные бетонные изделия, которые без проблем будете эксплуатировать долгие годы.

Вывод: ускоритель схватывания помогает выстроить качественный цементный каркас в первые дни застывания раствора.

Стоит отметить, что хлористый кальций является сильно гигроскопичным веществом*, что дает возможность поддерживать высокую внутреннюю влажность в бетоне, и не допускает его очень быстрого обезвоживания в жару.

Введение в бетон добавки хлорида кальция в количестве 1 – 2% от массы цемента позволяет ускорить начальный процесс набора прочности до 2-х раз. Более точные данные по влиянию хлорида кальция на прочность бетона приведены в таблице 1 ( данные испытаний НИИЖБ г.Москвы).

*Гигроскопичность – способность накапливать, и удерживать в себе влагу.

Таблица 1 Влияние хлористого кальция на прочность бетона

Возраст бетона, суток

Относительная прочность бетона с добавкой хлористого кальция в % от марочной прочности бетона без добавок (28 суток), на цементах марки М-400

На шлакопортладц- и пуццолановом портландцементе

С добавкой хлористого кальция, %

С добавкой хлористого кальция, %

Из таблицы видно, что особенно приятные цифры получаются с использованием шлакопортландцементов.

Стоит отметить, что шлакопортландцементы застывают дольше портландцементов, но в дальнейшем они все равно набирают нужную итоговую прочность. При этом шлакопортландцементы гораздо дешевле обычных портландцементов.

Бетоны с добавкой хлорида кальция через 28 суток добирают к своей марочной прочности до 20%. То есть, чтобы получить изделие с заданной марочной прочностью, можно сэкономить на цементе, добавив его меньше на те же 20%.

Хлорид кальция как противоморозная добавка

Гидратация цемента возможна только в присутствии воды. Скорость этого химического процесса напрямую зависит от температуры воды – чем выше температура, тем быстрее протекает процесс гидратации.

Таблица 2 Время схватывания портландцемента марки М-400 в зависимости от температуры окружающей среды

Температура окружающей среды

Начало схватывания, через чч:мин

Конец схватывания, через чч:мин

Период схватывания, чч:мин

Из таблицы видно, что даже при температуре +5 о С общее время схватывания ( период) в 3 раза больше чем при +15 о С, не говоря уже о 0 о С, где этот показатель выше почти в 6 раз. И это только схватывание, твердеет цемент при низких температурах очень долго. При минусовых температурах, вода в бетоне через какое-то время просто замерзнет, и никакого схватывания и твердения вообще не произойдет. При этом если бетон не успеет набрать своей минимальной, так называемой, критической прочности*, то вода в бетоне его просто разорвет на отдельные друг от друга куски, и говорить о какой-либо монолитности изделия уже не придется.

*Критическая прочность бетона – не менее 50% от закладываемой марочной прочности.

Один из возможных вариантов зимнего бетонирования – применение противоморозных добавок. Хлористый кальций является одной из самых эффективных противоморозных добавок с очень низким расходом по массе цемента, и работает до -30 о С.

Как противоморозная добавка хлорид кальция обладает двойным эффектом: кроме того что он ускоряет процесс начального схватывания и твердения, он работает как антифриз – понижает точку замерзания раствора с водой. А пока вода в бетоне находится в жидкой фазе, процесс гидратации продолжается.

Читать еще:  Растворная сухая облицовочная смесь цементная применение
Таблица 3 Дозировка хлористого кальция в процентах от массы цемента, в зависимости от температуры окружающей среды

Температура окружающей среды, о С

Кол-во хлорида кальция в % от массы сухого цемента

Дополнительно к достоинствам хлорида кальция как ускорителя схватывания и противоморозной добавки следует отнести следующие моменты:

  1. Относительно невысокая стоимость хлорида кальция в пересчете на 1 тонну используемого цемента.
  2. Хорошая растворимость в воде, в том числе и в холодной. Предельная растворимость хлористого кальция в зависимости от температуры воды:
  • +5 о С – 590 г/л
  • +20 о С – 740 г/л
  • +40 о С – 1250 г/л
  1. Хлорид кальция обеспечивает дополнительный самопрогрев бетона в начальный период, за счет более мощной химической гидратации цемента с водой.
  2. Обладает способностью пластифицировать бетонные смеси. При добавке 2% от массы цемента позволяет снизить расход воды на 10-15% и, соответственно, в дальнейшем улучшить эксплуатационные характеристики бетонных изделий ( прочность, водопроницаемость, морозостойкость). Увеличивается поверхностная прочность готовых бетонных изделий, и улучшается их внешний вид.
  3. Совместим практически с любыми другими химическими добавками в составе различных комплексов для бетона.
  4. Хлорид кальция малочувствителен к минералогическому составу используемого цемента. Поэтому при возможном переходе в процессе работы на другой цемент, дозировка хлорида кальция и методология работы с ним остается неизменной.
  5. Позволяет взбодрить лежалые цементы и выжать максимум из их вяжущих свойств. Эффективно работает со шлакопортландцементом, и дает возможность использовать его в поточной технологии взамен портландцемента.
  6. Хлористый кальций безвреден для человека. Не горюч, не токсичен, не взрывоопасен.

Недостатки хлорида кальция

  1. Повышенная концентрация хлорида кальция ( более 2% от массы цемента) может вызвать коррозию стальной арматуры при доступе к ней влаги и кислорода через толщу бетона. Данный фактор можно компенсировать следующим образом:
  • вводить в состав бетона ингибиторы коррозии ( например, нитрит натрия или кальция);
  • использовать гидрофобизаторы;
  • тщательно уплотнять сам бетон, не допуская в нем пустот;
  • покрывать арматуру слоем бетона не менее двух сантиметров.

Соответственно, при изготовлении неармированных изделий и неответственных бетонных массивов повышенной концентрацией хлористого кальция можно пренебречь.

  1. При дозировке хлористого кальция > 3% усиливается усадка бетона. Ее величина довольно невелика – больше в 1,2 – 1,3 раза по сравнению с бетоном без добавки.

Хлорид кальция как антигололедный реагент

Хлористый кальций как антигололедный реагент можно охарактеризовать следующими основными показателями:

  • высокая плавящая способность льда,
  • низкий расход на 1 м² обрабатываемой поверхности
  • высокая эффективность при низких температурах окружающей среды.

Основной недостаток – ограниченное время действия по времени ( не более трех часов).

Администрацией города Москвы разрешено использование хлористого кальция на дорогах города.

Особенности цементирования нефтяных скважин и скважин на воду

Залегание нефтеносных и водоносных слоев резко отличается по глубине заложения. Как правило, скважины для воды менее глубокие.

Цель, преследуемая при цементации водоносной скважины, заключается в необходимости изоляции обсадных труб от коррозии, предохранении затрубного пространства от обвала стенок скважины в слабых геологических породах, изоляции эксплуатационного водоносного и неиспользуемых пластов.

Цементирование нефтеносных скважин призвано значительно повысить конструктивную прочность скважины для нивелирования влияния воздействия сил, возникающих на больших глубинах, при подвижке грунтов. Немаловажную роль выполняет цементирование при разделении и изоляции различных нефтеносных горизонтов, не допуская их смешивание.

Исходя из основных требований, при цементировании нефтеносных скважин используются специализированные добавки в тампонажном растворе:

  • различные полимерные материалы, которые при застывании расширяются и уплотняют прилегающий к стенкам скважины грунт;
  • для увеличения прочности цементного камня, повышения пластичности приготовленного раствора используют чистый кварцевый песок;
  • для предотвращения утечки жидкого цементного раствора в пористых грунтах применяют крошку волокнистой целлюлозы;
  • для снижения действия агрессивных химикатов на цементный камень применяют крошку сверхлегких минералов вулканического происхождения.

При проведении тампонажных работ на нефтескважинах устанавливается строгий, многоступенчатый контроль качества получаемого цементного камня в затрубном пространстве.

vote
Article Rating
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x
Adblock
detector