Структура цементного камня

Непосредственно после затворения, т.е. в начальный период гидратации доля прореагировавшего цемента не превышает 1% и цементное тесто состоит из частиц цемента и межзернового пространства, заполненного раствором электролита и единичными кристаллами новообразований. Основная масса новообразований имеет вид гелевидных масс, состоящих преимущественно из субмикроскопических кристаллических частиц. ПРи дальнейшей гидратации оболочки на частицах цемента утолщаются, их структура дифференцируется. Во внешней части оболочки растут мелкие игольчатые кристаллы гидросиликатов кальция, а в остальной части продукты гидратации выделяются в субмикрокристаллическом состоянии. Межзерновое пространство постепенно заполняется частицами гидратов и пластичное тесто начинает терять подвижность.

Затвердевший цементные камень состоит из непрореагировавших зерен клинкера, содержание которых с течением времени уменьшается; геля, состоящего из частичек гидратных новообразований и гелевых пор, объем которых может достигать 28% общего объема геля с порами; относительно крупных кристаллов новообразований, таких как Ca(OH)₂, не обладающих свойствами коллоида; капиллярных пор размером от 0,1 до 20 мкм в поперечнике; сферических воздушных пор размером от 50-100 мкм до 2 мм, которые образуются вследствие вовлечении воздуха при затворении цемента.

Объемы непрореагировавшей части цемента, гелевых и капиллярных пор во время твердения цемента значительно изменяются. Зерна цемента размером до 5 мкм почти полностью гидратируются за 1-3 суток, полная гидратация частичек до 10 мкм наступает через месяц.

При изготовлении цементного теста, раствора или бетона используют обычно 40-70% воды от массы цемента. Это значительно больше, чем необходимо для гидратации минералов цемента. Избыточная вода помещается в гелевых порах и в промежутках между непрореагировавшими цементными зернами. После испарения свободной воды, не вступившей в химическую реакцию с цементом, образуются поры, называемые капиллярными. В них вода удерживается силами поверхностного натяжения. Капиллярные поры можно классифицировать на микропоры (диаметром до 0,01 мкм), переходные поры (от 0,01 до 0,2 мкм) и макропоры (диаметром более 0,2 мкм). С увеличение продолжительности твердения цемента объем капиллярных пор снижается, так как они заполняются новообразованиями. В зависимости от количества воды затворения (В/Ц) и продолжительности твердения объем капиллярных пор может находиться в пределах от 0 до 40% и более. Пустоты в цементном камне диаметром более 40 мкм не являются капиллярными и заполняются водой под действием гидростатического давления. Поры в цементном камне могут быть заполнены и воздухом.

Такая структура цементного камня обуславливает его высокую водонепроницаемость, при В/Ц≈0,4 примерно равную водонепроницаемости мрамора, хотя пористость цементного камня составляет около 50%, а мрамора - около 2%. При одинаковой степени гидратации и постоянном В/Ц водонепроницаемость цементного камня не зависит от тонкости помола цемента. С ростом В/Ц водонепроницаемость падает. Особенно резкий её спад наблюдается при В/Ц>0,5.

Тонкое капиллярное строение цементного камня и заполнение пор цементным гелем обеспечивает высокую водонепроницаемость. Высушивание цемента ведет к резкому уменьшению водонепроницаемости, что связано с разрушением тонкой структуры цементного камня.

// Москвин. Коррозия бетона и железобетона//