Реакции вторичных составляющих

Цемент, как правило, содержит не только клинкерные фазы и гипс, но в разных количествах и несвязанную СаО ("свободная известь") и MgO. Эти минералы вступают в реакцию с водой с образованием соответствующих гидроксидов Ca(OH)₂ или Mg(OH)₂.

В качественно обожженном клинкере содержание СаО свободной должно быть не более 1-2 %. При нарушениях режима обжига, недостаточной температуре и продолжительности обжига, плохой гомогенизации сырьевой муки в клинкере может остаться неусвоенная СаО в повышенных количествах, например 3-5 %. Это бракованный клинкер. Согласно требований ГОСТ 10178-85 цемент должен выдержать испытание на равномерность изменения объема. Для этого из цементного теста нормальной густоты приготавливают лепешки диаметром около 7-8 см и через 20 часов твердения их кипятят в воде в течение 4 часов. Если лепешки не искривились, не рассыпались, не потрескались, не появилось сетки мелких трещин, то считается, что эта партия цемента качественная и ее можно отгружать потребителю.

Цементный клинкер обжигают при ~1450 ^оC, при такой температуре образуется так называемая «намертво обожженная известь». При обжиге обычной строительной извести (~1000-1100 ^оC) образуется СаО, которая гасится в течение нескольких минут или 20-30 минут. Свободная CaO в клинкере при гидратации цемента реагирует с водой очень медленно, образование Са(ОН)₂ происходит только тогда, когда цемент или бетон уже затвердели. Таким образом, гидратация СаО свободной занимает много времени. При реакции СаО с водой образуется Са(ОН)₂, объем которого приблизительно в 2 раза больше объема исходного СаО. Это приводит к расширению объема уже затвердевшего цементного камня в бетоне. В изделиях появляются трещины, конструкция может разрушиться. На рисунке 1.42 показана зависимость величины расширения цемента от содержания свободной СаО. При содержании СаО свободной 3-4 % расширение образцов составляет 2-5 мм/м, изделие расширится, растрескается и разрушится.

MgO может находиться в клинкере до 2,5 мас.% в виде твердого раствора в клинкерных фазах, остальное MgO образует свободный периклаз. Согласно требований ГОСТ 10178-85 содержание MgO в клинкере не должно превышать 5 %. Периклаз реагирует с водой очень медленно с образованием Mg(OH)₂. В результате этой реакции происходит увеличение объема в 2,2 раза, так что это приводит к структурным повреждениям затвердевшего бетона или раствора ("магнезиальное расширение"). Пригодность цемента можно контролировать с помощью метода Коха или дилатометрического испытания.

Рисунок 1.42-Зависимость величины расширения цемента от содержания свободной извести [33]