ОСОБО РАННЯЯ ГИДРАТАЦИЯ ЦЕМЕНТА
Механизм гидратации на ранних стадиях зависит от взаимодействия твердого вещества с жидкостью на поверхности их раздела [3, 4].
В начале реакции C3S с Н2O после присоединения протонов к кислородным и силикатным ионам допускается конгруэнтное растворение Ca2SiO5. Вторая стадия может быть зафиксирована в течение первых нескольких секуид (5 с), что соответствует образованию первичного гидрата с отношением С/S << 3 на зернах безводного силиката. Экспериментально показано, что в интервале времени между 5 с и 1 мин поверхность частичек является местом постоянного обмена и не находится в состоянии равновесия. Эта стадия соответствует осаждению первичного гидрата с отношением С/S << 3. Расчетная толщина слоя первичного гидрата составляет 0,8 нм [4]. Через 1 мин образуется вторичный гидрат с отношением C/S = 2, который существует до конца индукционного периода. Третья стадия проявляется в форме увеличения отношения С/S, максимум которого достигается к концу первой минуты гидратации. Через 15 мин толщина вторичного гидрата составляет 6 нм. Этот гидрат может образовываться как в результате проникновения воды вглубь негидратированного зерна, так и за счет реакции осаждения из раствора.
Спустя четыре часа выявлена существенная реорганизация внутри вторичного гидрата. Отмечается изменение формы пика Si2p, что может свидетельствовать об изменении степени конденсации силикатных ионов. Эти процессы соответствуют окончанию индукционного периода и формированию третичного гидрата CSH с двумерными силикатными нонами (Si2O7)6—. Отмеченная М. Регуром и Дж. Томассеном [4] реорганизация вторичного гидрата полностью совпадает с кинетическими данными, полученными с помощью резонансной методики н представленными иа рис. 7.7. В интервале, соответствуюшем окончанию индукционного периода на кривой, отмечается конденсация гидратирующейся цементно-водной дисперсии. Также установлены фазовые превращения гидросиликатных фаз.
На самых ранних стадиях гидратации C3S и Р-C3S образуется поверхность, характеризуемая повышенным содержанием кремния. Не было получено никаких данных относительно существования однородного слоя поверхностного гидрата, что подтверждало бы пленочный механизм торможения гидратации в индукционный период [3, 4].
При контакте с водой на поверхности цементных частичек образуются мельчайшие (~ 20—40 нм) продукты гидратации, которые со временем увеличиваются по количеству, но не по размерам. При гидратации C3S новообразования покрывают поверхность не сплошным слоем.
Мельчайшие продукты гидратации становятся различными уже через 15 с после растворения. Образование этих гидратов наблюдается преимущественно на границе зерен, подвергшихся предпочтительному растворению. Только отдельные участки поверхности покрываются продуктами гидратации.
Существенные данные, необходимые для интерпретации кинетики структурообразования цементно-водных систем, получены при исследовании процессов гидратации монокристаллов алита и белита [14]. При погружении их в воду отмечается различная реакционная способность разных участков. Это, вероятно, связано с концентрацией дефектов в структуре минерала. Через несколько минут на поверхности кристалла осаждаются мельчайшие частички новообразований. Позже наблюдаются тонкие пленки, сотовидные новообразования волокон CSH, затем Сa(ОН)2.
При гидратации монокристаллов C3S в алитовой суспензии (В/Ц = 2) через 30 мин первичный бесструктурный продукт толщиной 5 мкм вместе с псевдокристаллическим гидроксидом кальция сжимался, образуя игольчатые наросты. Эффект сжатия аналогичен экспериментально наблюдаемому эффекту синерезиса с высвобождением части ранее связанной воды в конце первой стадии структурообразования. (рис. 7.7, кривая Дт, участок 3—4).