Глоссарий

№	Русс/каз/англ.	Пояснение
1	Сольватация частиц	Растворение частиц с образованием химического соединения
	Бөлшектердің сольваттануы
	Element, part
2	Мицелла	Отдельная коллоидная частица
	Мицелла
	Micelle
3	Диффузионный слой	Противоионы концентрированы вокруг ядра
	Диффузиялық қабат
	Diffusion stratum
4	Ядро частицы	Часть гранулы, на которой адсорбируются ионы
	Бөлшектің ядросы
	Kernel part
5	Противоионы	Ионы противоположного знака
	Қарсы иондар
	And-ion
6	Двойной электрический слой	Содержащиеся в адсорбционном слое противоионы расположены в пространстве закономерно
	Электрлік қос қабат
	Electrical layer double

Литература

Дополнительная

2. Киреев В.А. Краткий курс физической химии. – М.: «Химия», 1978. – 622 с.

Лекция № 8 «Коллоидно-химическая теория схватывания и твердения вяжущих веществ»

Краткое содержание лекции

Синтез прочности твердеющих вяжущих веществ обусловлен совокупностью процессов, среди которых важное место занимает образование соединений коллоидной дисперсности.

По данным Тейлора, при реакциях гидратации вяжущих веществ образуются продукты, основные сведения о которых приведены в табл. 1. Среди перечисленных новообразований есть ряд гидратных солей, основных солей, простых и сложных гидроксидов и других соединений. Все они содержат воду, которая может присутствовать как в виде молекул и ионов, так и входить в соединения, характеризующиеся ковалентной связью гидроксидов.

Т а б л и ц а 1. Основные продукты гидратации некоторых вяжущих веществ

Вяжущие вещества	Новообразования
	Коллоидные с частицами менее 0,1 мкм	Субмикрокристаллические с частицами от 0,1 до 1 мкм	Микрокристаллические с частицами более 1 мкм
Портландцемент Автоклавные материалы Глиноземистые цементы Сульфатно-шлаковые цементы Строительный гипс Магнезиальные цементы	Гидросиликаты кальция предположительно состава C1,7SHxи, вероятно, Са(ОН)2 Возможно плохо закристаллизованные тобермориты Al(OH)3 Гидросиликаты кальция	Ca(OH)2и различные фазы, содержащиеAl3+,Fe3+,SO42- Тоберморит состава Ca5(Si3O9H) · 4H2O CAH10;CaAl2(OH)8 · 6H2O;C2AH8 Эттрингит Ca6Al2(OH)12(SO4)3· 26H2O	Ca(OH)2 Гипс CaSO4 · 2H2O; Mg2(OH)3Cl · 4H2O; Mg(OH)2

Размер частиц продуктов гидратации изменяется от коллоидных до кристаллов, видимых под микроскопом. По этому принципу вяжущие вещества могут быть разделены на три группы.

1. Вяжущие, действие которых почти полностью обусловлено образованием коллоидных продуктов. К этой группе относится портландцемент, твердеющий при обычных температурах с образованием гидросиликатов кальция. Наличие в портландцементе ионов и существенно не влияет на ход процесса гидратации, за исключением самой ранней стадии. Тесто, приготовленное из чистого трехкальциевого силиката, схватывается и твердеет в основном так же, как и тесто, изготовленное из портландцемента. Продуктами твердения теста изявляются гидросиликаты кальция и. Так же схватывается и твердеет тесто, приготовленное из двухкальциевого силиката

Однако при этом образуется лишь тоберморитовый гель с небольшим содержанием . Процесс этот продолжительный, что объясняется медленным взаимодействиемс водой. Конечная прочность теста изтакая же, как и прочность теста из.

2. Вяжущие, действие которых почти полностью обусловлено образованием кристаллических продуктов. К этой группе относятся магнезиальные цементы и строительный гипс на основе полуводного гипса. Микроскопические исследования полностью затвердевшего камня, полученного из этих материалов, показывают, что он состоит из плотно упакованной массы кристаллов. На очень ранней стадии схватывания этих вяжущих образуются частицы коллоидного и субмикроскопического размера. Однако по мере твердения они, по-видимому, замещаются более крупными кристаллами.

3. Вяжущие, действие которых обусловлено образованием как коллоидных, так и кристаллических продуктов. Так, прочность сульфатно-шлаковых цементов в начальные сроки твердения, по-видимому, зависит главным образом от возникновения кристаллов эттрингита, тогда как в более поздние сроки все более важную роль играют гидросиликаты кальция. При твердении алюминатных цементов в нормальных условиях на прочность влияют как кристаллические продукты - итак и коллоидныйСуществует оптимальное соотношение кристаллических и коллоидных составляющих.

Таким образом, твердение может быть связано с образованием как кристаллических, так и коллоидных продуктов, либо продуктов обоих типов. Размер частиц продуктов влияет на ряд свойств твердеющего материала. Одно из них – влажностные деформации, т.е. объемные деформации, возникающие при изменении влажности атмосферы, в которую материал помещен. При прочих равных условиях цементы, содержащие больше кристаллических гидратных новообразований, характеризуются меньшими влажностными деформациями, чем цементы, состоящие в основном из коллоидных продуктов. Предлагают, что они отличаются повышенной устойчивостью к химическим воздействиям.

Продукты гидратации вяжущих способны срастаться, образовывая монолит. Связь между частицами наряду с чисто механическим упрочнением за счет формирования переплетающихся волокон и армирующим действием кристаллов, распределенных в твердеющем тесте, обеспечивается химическими силами связи, действующими по местам фазовых контактов.

Электронно-микроскопические исследования затвердевшего цементного камня свидетельствуют, что значительная часть гидратированной цементной массы состоит из плохо закристаллизованных гидросиликатов кальция. Наряду с гидроксидом кальция наблюдаются кристаллические образования гидросульфоалюминатов, которые участвуют в создании первичной кристаллической структуры (рис. 6) иллюстрирует изменение свойств цементного камня при его гидратации.

Рис. 6. Зависимость изменения характеристик системы цемент – вода от времени взаимодействия: пористость (1) и прочность (2) цементного камня, содержание в системе коротковолокнистых гидросиликатов (3) и гидроксида (4) кальция, C₄(A,F)H₁₃ (5), моносульфата кальция (6) и эттрингита (7)

В начальный период гидратации при соприкосновении частиц цемента с водой на контактной поверхности начинают идти реакции растворения кристаллов безводных минералов и результатом их протекания является насыщение воды затворения ионами Сa²⁺,SO₄^2-,OH^-,K⁺,Na⁺ и др. Увеличение содержания элементов в растворе во времени обусловлено растворением минералов, а снижение их содержания вызывается вступлением их в реакцию друг с другом или с исходным вяжущим с образованием новых водосодержащих соединений – кристаллогидратов. После достижения пересыщения из раствора кристаллизуются Са(ОН)₂и эттрингит, образующие осадки в виде плотной корки на частичках цемента, которая затрудняет диффузию воды к негидратированной их части и замедляют тем самым процесс гидратации. На последующих стадиях процесса гидратации происходит выделение кристаллов большого числа гидратов. Усиленное образование мельчайших частиц гидросиликатов кальция способствует дальнейшему уплотнению структуры геля, снижению пористости камня, нарастанию его прочности. (рис. 6)