Водоотделение цемента
Показатель водоотделения цемента является одним из обязательных показателей качества по ГОСТ 30515-2013 «Цементы. Общие технические условия». В РФ нормируется водоотделение цемента для бетона аэродромных покрытий, цемента для железобетонных изделий и мостовых конструкций, а также для бетона покрытий автомобильных дорог общего пользования - показатель не должен превышать 28%. Для цементов по ГОСТ 31108-2020 «Цементы общестроительные. Технические условия», составляющих подавляющий объем производства в стране этот показатель не является обязательным, и в документе о качестве на партию цемента он не отражается. Потребитель цемента при изготовлении бетонных смесей по ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия» осуществляет входной контроль цемента по перечню показателей, не включающему водоотделение. В целом, показатель водоотделения не используется при входном контроле качества цемента не предназначенного для транспортного строительства. Производители цемента не имеют необходимости регулировать водоотделение, зависящее от множества факторов. Между тем, значение величины водоотделения находится в определенных пределах, которые будут определяться стабильностью технологии производства и качества сырья. Существенные отклонения последних не могут не повлиять величину водоотделения. В случае проведения испытаний в рамках входного контроля полученные данные далее не используются в процессе производства бетонных смесей, поскольку связь показателя водоотделения с прочими показателями качества цемента и параметрами качества бетонных и растворных смесей в литературе раскрыта слабо, а статистические данные по водоотделению цементов в открытой печати отсутствуют. Стандартная же методика ГОСТ 310.6-2020 не предполагает получения данных по кинетике протекания процесса. Цементное тесто, представляющее собой концентрированную полидисперсную суспензию цементных зерен в воде можно рассматривать как структурированную жидкость. Стойкость цементного теста к водоотделению обеспечивается тогда, когда структура, образующаяся за счет сил Ван-дер-Ваальса, достаточно прочна, чтобы противодействовать влиянию гравитации на частицы и препятствовать их оседанию [1]. Седиментационные процессы в цементном тесте имеют место только до образования устойчивой коагуляционной структуры, одной из причиной появления которой является протекание процесса схватывания. Все факторы, содействующие ускорению образования коагуляционной структуры, таким образом будут уменьшать водоотделение.
Содержание
Факторы от которых зависит водоотделение цемента
Количество и вид добавки гипса
Водоудерживающая способность цементов зависит от объема образующихся коагуляционных структур, а также от количества образуемого эттрингита и размеров его кристаллов. При малых дозировках гипса отмечается образование мелкокристаллического эттрингита, что, особенно при высоких значениях В/Ц, не может обеспечить создание сплошной структуры в материале. При высоких дозировках гипса в объеме цементной суспензии формируются крупные кристаллы, вызывающие создание жесткой структуры материала, не допускающей протекание седиментационного уплотнения системы. Оптимальное количество гипса, вводимое в цемент для регулирования сроков схватывания, зависит от минералогического состава клинкера (в основном от содержания алюминатной фазы) и его тонкости помола [2].
Прочие факторы состава
Водоотделение цемента зависит и от прочих факторов, в том числе от минералогического и гранулометрического состава, удельной поверхности, вида и количества минеральных добавок и интенсификаторов помола. Заметное влияние оказывает удельная поверхность цемента: чем ниже удельная поверхность, тем выше водоотделение цемента [3, 4]. При этом частичное замещение цемента минеральными добавками, например, молотым известняком не влияет на водоотделение, если удельная поверхность цемента с добавкой не изменяется [5]. По другим данным увеличение удельной поверхности не сказывается на величине водоотделения, но уменьшает скорость водоотделения [6]. На многие показатели качества цемента влияет не столько удельная поверхность, как показатели гранулометрического состава. Правильный подбор вида и дозировки интенсификаторов помола цементного клинкера позволяет регулировать гранулометрический состав цемента, уменьшая как количество крупных фракций (более 30 мкм), так и количество мелкой фракции 0-5 мкм, что позволяет в итоге управлять водоотделением цемента [7, 8]
Хранение цемента
При хранении цемента в нем под воздействием паров воды и CO2 воздуха протекают физико-химические процессы, связанные с процессами гидролиза и гидратации в поверхностных слоях зерен, в первую очередь наиболее реакционно способных минералов портландцементного клинкера [9]. В результате связывания отдельных частиц цемента продуктами гидратации, а также вторичными продуктами карбонизации гидратов происходит комкование цемента [10, 11, 12]. Продукты предгидратации выступают затравками гидратации цемента при его затворении, при этом сроки начала схватывания уменьшаются [13]. Выдерживание цемента в силосах, ввиду протекания на поверхности зерен гидратационных процессов, приводит как к снижению водо отделения до 5–15 % [14, 15], так и уменьшению его активности. Последнее особенно заметно на тонкоизмельченных и быстротвердеющих цементах.
В/Ц
Не подвергается сомнению влияние величины водоцементного отношения (В/Ц) на кинетику протекания процесса гидратации цемента, структурообразования и водоотделения цементного теста. При снижении В/Ц уменьшается водоотделение, при достижении некоторого предельного значения В/Ц перестает визуально фиксировать отделение жидкой фазы. Однако седиментация в цементном тесте без заметного отделения воды может протекать уже при В/Ц=0,28 [16]. Увеличение В/Ц увеличивает количество выделяемой воды, при этом скорость водоотделения в диапазоне В/Ц=0,5-1,1 практически линейно зависит от В/Ц [17].
Кинетика водоотделения
Водоотделение может происходить либо постепенно (т.н. "нормальное водоотделение") или за счет образования каналов в толще цементного теста (т.н. "канальное водоотделение"). Нормальное водоотделение характеризуется скоростью водоотделения, которая изначально постоянна, затем следует период уменьшения скорости, а затем внезапное прекращение из-за начала схватывания цементного теста, тогда как канальное водоотделение характеризуется внезапным увеличением скорости водоотделения через некоторое время из-за образования каналов [18, 19]. Из-за отличающихся условий экспериментов в диапазоне В/Ц от 0,5 до 1,6 разные исследователи отмечают оба типа водоотделения. При нормальном водоотделении [17] индукционный период отсутствует, скорость водоотделения практически постоянна вплоть до высокой степени завершенности процесса. При канальном водоотделении процесс начинается с длительного индукционного периода, во время которого формируется система вертикальных каналов, по которым вода вытесняется из концентрированной суспензии, затем следует период с нарастанием скорости, в течение которого образуются водоотводящие каналы, после чего вытеснение воды происходит с постоянной скоростью; на завершающей стадии процесса скорость водоотделения падает [20]. В то же время в исследованиях [21, 22] отмечается возрастающая скорость водоотделения с момента окончания перемешивания суспензии с достижением максимальной скорости процесса через 5-10 минут и практически полным его окончанием через 40-50 минут.
Управление водоотделением цемента
http://newchemistry.ru/letter.php?n_id=7416 : На заводе ЗАО «Осколцемент» внедрен метод управления верхним пределом по содержанию полуводного гипса в высокомарочных портландцементах путем снижения контролируемой температуры цемента на выходе из цементных мельницы, что в свою очередь достигается увеличением доли клинкера, охлажденного до температуры окружающей среды. Для портландцементов марок ПЦ500ДО, ПЦ400Д0 увеличения доли в цементе полуводного гипса до 3,5% можно достичь путем шихтовки двуводного гипса с полуводным гипсом, полученным предварительной термообработкой СаSO4*2H2O. Однако это дорогостоящий способ борьбы с «ложным схватыванием» для достижения водоотделения до 20%. Целесообразнее использование шихты из двуводного гипсового камня и ангидрита.
//автореферат диссертации Нормантовича, стр. 2//: - резкое охлаждение клинкера - активные минеральные добавки