Zementhydratation

Der Prozess der Hydratation des Zements besteht aus einer Reihe von chemischen Reaktionen der Komponenten, die das wasserfreie Zement selbst, Gips und Anmachwasser.

Die Folgen eines solchen Reaktionen sind die Einstellung und das Härten des "Paste".

Bestandteile Portlandzement

Der Portlandzement, der die Basis für alle anderen Arten von Zement, durch eine Mischung aus Klinker und Gips bestehen.
In Klinker gibt 4 Hauptmineralogischen Bestandteile:

  • Dikalziumsilikat;
  • Tricalciumsilicat;
  • Tricalciumaluminat;
  • Aluminized verwundet tetracalcico oder Eisen-III-Phase.

Silikate sind die wichtigsten Bestandteile des Klinkers von Portland und weil es ein größerer Prozentsatz ist, weil sie für die mechanischen Eigenschaften des ausgehärteten Zementleim, die in Aluminate teilnehmen verantwortlich sind.
Dies liegt an der Natur der überwiegend faserige Calciumsilikathydraten die sich effektiv in Bezug auf die Morphologie der Produkte Aluminiumhydrate verleiht dem Festigkeitsentwicklung.
Ferri Phase und das Tricalciumaluminat sind wesentlich für die Bildung der flüssigen Phase während des Brennens.
Die rasche Hydratation Tricalciumaluminat in Abwesenheit von Gips, in der schnellen Einstellung der Zementmasse führen würde.

Hydratationsreaktionen

Die Hydratisierung des Zements besteht aus einer Reihe von komplexen chemischen Reaktionen, die noch nicht vollständig geklärt sind.
Verwendung der Symbolik für die Zementchemie bereitgestellt sind unterhalb der Hydratationsreaktionen der einzelnen Bestandteile Klinker dargestellt, vom schnellsten zum weniger schnelle:

  • C3A + H → C-A-H
  • C3S + H → C-S-H + CH
  • C4AF + H → H + C-A-C-F-H
  • C2S + H → C-S-H + CH

wo es zeigt:

  • C2S Dikalziumsilikat;
  • C3S die Tricalciumsilicat;
  • Tricalciumaluminat C3A;
  • C4AF aluminisiert verwundet tetracalcico;
  • CH Calciumhydroxid auch genannt Portlandit;
  • H Wasser;
  • C-S-H die Calciumsilikathydraten.
  • CAH Calciumaluminaten Hydrate, die eine Familie von Produkten der Hydratation der Aluminate.
  • C-F-H Die Ferrite Kalkhydrat.

Die Hydratation der Aluminate durch eine Bildung von Aluminaten Aluminiumhydratabfälle während diejenige der Silikate in der Bildung von Calciumsilikathydraten beinahe amorph mit Eigenschaften eines starren Gels.

Die Aushärtung und damit die Bindungskraft des Zements, ist zum großen Teil auf die Bildung von Calciumsilikat-Hydrate, während die Bildung von hydratisierten Silicaten von Aluminium die Hauptursache des Verlusts der Verarbeitbarkeit und Griff ist.

Hydratationsgeschwindigkeit

Die Hydratisierung der Bestandteile des Klinkers mit unterschiedlicher Geschwindigkeit.
Die schnellste ist, die Tricalciumaluminat gefolgt von Tricalciumsilicat, der Eisenphase und schließlich die Calciumsilicathydrat.
Die Geschwindigkeit der Hydratation hängt auch von der Kontaktfläche mit dem Wasser, und dann die Feinheit der Klinker-Teilchen.
Eine höhere Mahlfeinheit ergibt eine höhere spezifische Oberfläche und damit eine höhere Geschwindigkeit der Hydratation.
Folglich ist die Finesse Faktor wirkt sich insbesondere auf die Entwicklung der Frühfestigkeit.

Tricalciumaluminat

Die Tricalciumaluminat Hydrate sehr schnell.
Die Endfestigkeit wird in sehr kurzer Zeit aufgrund der Griff der Zementpaste erreicht und sind.
Die mechanische Festigkeit Tricalciumaluminat trägt nicht wesentlich zu der Entwicklung der Bruchfestigkeit des Materials bis auf eine kleine, aber schnell in den frühen Morgenstunden zu erhöhen.
Dies hängt von der Morphologie der Kristalle der CAH, vor allem auf der Anwesenheit von Lamellen hexagonale oder kubische Kristalle daher nicht sehr geschätzt basierend, wie es der Fall für die Produkte Fibrose CSH, die Entwicklung der mechanischen Festigkeit.
Hydration 'Tricalciumaluminat ist so schnell, dass Sie sich in einer sehr kurzen Zeit genommen haben.
Aus diesem Grunde kann er nicht als solcher dem Klinker aus Portland für die Verpackung von Mörtel oder Beton eingesetzt werden.
Um diesen Prozess zu vermeiden und damit die Umsetzung der zementartigen Material als Gips zu dem Klinker Reglerauslaß zugegeben.
Bei Kontakt mit Wasser der Gips reagiert mit den Aluminaten tricalcici zur Bildung von Ettringit führen, die so genannte Primär, die auf dem Granulat fällt C3A behindert das Eindringen von Wasser, und dann eine Verlangsamung des Prozesses der Hydratation der Aluminate.
Es stellt einen starken Rückzug.

Phase Eisen

Das Verfahren der Hydratation des Ferri Phase ist im wesentlichen äquivalent dem Tricalciumaluminat.
Im Vergleich zu der letzteren jedoch hat es eine Hydrationsrate niedriger, insbesondere die Anwesenheit von Gips, der Bremskraft ist effektiver mit der Phase Ferri daß mit Tricalciumaluminats.

Es stellt einen kleinen Rückzug.

Tricalciumsilicat

Die Tricalciumsilicat Hydrate schnell und ist daher weitgehend für die Anfangsfestigkeit von Portlandzement verantwortlich.
Die meisten der Hydratation erfolgt über einen Zeitraum von 2 Tagen von dem Strahl enthalten daher schnellhärtenden Zementen eine größere Menge an Tricalciumsilicat.
Während der Hydratation Tricalciumsilicat wird ein höherer Prozentsatz von Ca2 Vergleich zu dem bei der Hydratation von Dikalziumsilikat hergestellt erzeugt; dies bedeutet, dass durch die letztere ottieme ein höherer Gehalt an Calciumsilicathydrate im Vergleich zu erhalten dall'idrataazione setzen wird.
Es hat eine geringe Schrumpfung.

Dikalziumsilikat

Die Calciumsilikat langsam Feuchtigkeit und ist daher die zur Steigerung von Kraft langfristig verantwortlich.
Wie schon weiter oben erwähnt der Dikalziumsilikat erzeugt hydratisieren, eine größere Menge an CSH Vergleich zu Tricalciumsilicat.
Daher Zemente reicher Belit gewährleisten höhere Werte der mechanischen Beständigkeit gegenüber langfristigen während zunehmendem Gehalt an Halit gewährleistet eine größere Resistenz kurzfristig

Hydratationswärme

Die Hydratationsreaktionen sind exotherm.
Hydratationswärme hängt von der Art und der Klasse der Zement; je höher der Gehalt an Portlandzement und desto größer ist die Mahlfeinheit Je höher die Hydrationswärme.
Daher sind die Mischzementen produzieren eine niedrigere Hydrationswärme im Vergleich zu Portlandzement.

Die Wärmemenge während der Hydratisierung der Hauptbestandteile des Portlandklinker emittiert werden:

  • Tricalciumsilicat 125 kcal / kg
  • Dikalziumsilikat 63 kcal / kg
  • Tricalciumaluminat 215 kcal / kg
  • Eisen-III-Phase 95 kcal / kg.

Ursachen

Der Satz von physikalisch-chemischen Phänomene, die Einstellung und das Aushärten auslösen, werden mit dem Begriff der Reifung angezeigt.
Diese Phänomene können wie folgt zusammengefasst werden.
Mit der Bildung des Teiges die Zementkörner gefunden, umgeben und voneinander durch einen dünnen Schleier von Wasser, mit dem sofort damit beginnen, an der Oberfläche, die zu einer Schicht Hydratationsprodukte reagieren getrennt werden.
Diese Schicht weiterhin in Volumen auf Kosten des Wassers zu erhöhen sowohl Zementkörnern, bis es den gesamten Raum zwischen dem, was der Körner im Verlauf der Hydratation links ausfüllt.
Die Menge der hydratisierten Produkte weitgehend von extrem kleinen Teilchen in Wasser eingeweicht und schwer ausgebildet, bildet eine gelatinöse Masse, die mit der weiteren der Reaktionen und der Beseitigung eines Teils des Wassers erfährt eine allmähliche Versteifungsprozess.
Die wichtigsten chemischen Reaktionen sind die Bildung und Calciumsilikat-Hydraten. Erstere werden Aufnahme verantwortlich ist, als Hydrat sehr schnell ,, Sekunden statt bestimmen die Härtung und die letzteren durch die Bindeeigenschaften des Zementes und folglich die mechanische Festigkeit des Materials.
Dies ist vor allem an die Morphologie des hydratisierten Produkte tatsächlich Kristalle von Calciumaluminaten Hydrate weisen eine Form von hexagonalen Platten oder kubische Kristalle daher wenig geeignet, um die Entwicklung der mechanischen Festigkeit, die statt dessen durch die vorwiegend faserige Beschaffenheit der Kristalle von hydratisierten Silikaten der erleichterten Fußball.
Dies kann wie folgt erklärt werden: wenn die Kristalle durch Hydratation der Aluminatverbindungen, Verdickungsbeginn berühren einander durch Verbinden der Körnchen des C3A und C4AF benachbarten, verliert das System seine Plastizität und beginnt zu setzen.
Mit dem Fortschritt der Flüssigkeitszufuhr, damit beginnen, Faserprodukte, die die Trinkprodukte der Verbindungen Silikaten zu entwickeln; solche Fasern im Laufe der Zeit immer zahlreicher diejenigen der Teilchen des C2S und C3S benachbart zu werden, lang und daher dazu neigen, in einem vertrauten verflochten werden immer starren Verbinden der Körnchen, was zu einer Verhärtung und die schrittweise Erhöhung der mechanischen Beständigkeit des Materials .

Hydratationsgrad

Gleich Wasser / Zement-Verhältnis, wie von Abrams, den Widerstand der Zementleim theoretisiert, und damit der Beton, mit der Zunahme des Grades der Hydratation.
Die Formel der Kräfte ermöglicht, die mechanische Festigkeit einer Paste aus Portland-Zement als Funktion sowohl der W / Z-Verhältnis zu bestimmen, dass der Grad der Hydratation der Zement α:

K = 250 MPa, wenn die Kapillarporosität ist nichts.
Es ist offensichtlich, dass bei gleichem Wasser / Zement-Verhältnis der Festigkeit der Zementpaste und damit der Beton, mit der Zunahme des Grades der Hydratation größer ist als der Anteil an hydratisiertem Zement.
Der Grad der Hydratisierung von der Temperatur beeinflusst.
Hohe Temperaturen beschleunigen die Hydratationsreaktionen des Zements.
Daher eine kurze Würze, größer ist der Grad der Hydration, sie erhöht auch die mechanische Festigkeit des Teiges mit einer daraus folgenden Verkürzung des Abbindens und Erhärtens.
Die niedrige Temperatur statt bestimmt eine Verlangsamung der Hydratisierung des Zements mit der Folge Verlängerung der Zeiten des Abbindens und Erhärtens daher auf kurze Sicht der Hydratationsgrad der Zementmatrix mit der Temperatur abnimmt und mit ihm die Druckfestigkeit des Materials.
Ein langer Härtung statt es sich, daß mit abnehmender Temperatur erhöht sich die mechanische Festigkeit.
Letztere Phänomen wurde in der folgenden Weise erläutert.
Erfolgt die Härtung des Zementmaterials wird in geeigneter Weise hergestellt, langfristig das Ausmaß der Hydratation des Zements gleich 1 und hat keine Auswirkung auf den Wert der mechanischen Festigkeit daher.
Es wird daher angenommen, dass die Erhöhung der Druckfestigkeit mit abnehmender Temperatur hängt mit der Qualität der Calciumsilikathydraten welche für die mechanische Festigkeit des Materials verantwortlich sind.
CSH, die bei niedrigen Temperaturen gebildet werden, sind mechanisch von besserer Qualität als diejenigen, bei höheren Temperaturen erzeugt.
Deshalb, wenn es stimmt, daß bei erhöhten Temperaturen für kurze seasoning CSH werden in größeren Mengen produziert als Ergebnis des höheren Grad der Hydratation des Zements, aber von geringerer Qualität, die lang Härtung, wann die Hydratisierung des Zements abgeschlossen ist, und der Grad der Hydratation gleich 1 ist, ist die Menge der CSH-Produkte mehr oder weniger das gleiche für sowohl Nieder- und Hochtemperatur, aber im ersten Fall die Calciumsilikathydraten eine bessere Qualität und garantieren daher eine höhere mechanische Festigkeit.
Bei hohen Temperaturen kann es vorkommen, dass, wenn die Oberflächenverdampfung des Wassers zu hoch ist, ein Phänomen einer vorzeitigen Trocknung des Rindenzone des zementartigen Materials, das durch unvollständige Hydratisierung des Zements der Haut gegenüber Wassermangel sein können, erzeugt, zusätzlich zur Beeinträchtigung der mechanischen Festigkeit des äußersten Teil des Material, um die Oberfläche desselben durchlässiger und deshalb leichter durch atmosphärische Mittel, was zu einer Verringerung der Haltbarkeitsgrad des zementartigen Materials angegriffen.

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