Эксперт ЦЕМРОСа рассказала о причинах возникновения водоотделения цемента
Руководитель департамента технического маркетинга ЦЕМРОСа Наталья Стржалковская ответила на частые вопросы потребителей стройматериалов. В частности, эксперт рассказала о причинах возникновения водоотделения цемента.
Так, по словам Натальи Стржалковской, существует множество противоречивых сведений относительно причин возникновения повышенного водоотделения цементов, которые не подтверждаются статистикой. Из огромного многообразия причин частичное подтверждение нашли лишь четыре основных:
1. Скорость охлаждения клинкера.
2. Влияние вида, растворимости и количества гипса в цементе.
3. Влияние гранулометрического состава цемента, а именно форма графика кривой распределения частиц.
4. Влияние кинетического дзета-потенциала цементно-водной системы.
Скорость охлаждения клинкера
Важно понимать, что особенности и структура образования цементной пасты в первые минуты гидратации, по сути, определяют ее водоудерживающую способность. Основной минерал, который регулирует эти процессы – это трехкальциевый алюминат (далее С3А). Повышенная гидравлическая активность С3А способствует повышению его растворимости и концентрации в растворе ионов кальция и алюминия, что, в свою очередь, наряду с растворимостью и концентрацией гипсовой фазы определяет скорость кристаллизации минерала эттрингита в объеме цементного раствора, повышает устойчивость цементно-водной системы и тем самым снижает водоотделение цемента.
«Резкое охлаждение клинкера способствует повышению растворимости С3А вследствие кристаллизации большого количества гидравлически активного алюмината и изменяет формирование гидросульфоалюмината кальция (эттрингита). Иногда мы сталкиваемся со снижением растворимости С3А, что влечет за собой увеличение водоотделения», – пояснила руководитель департамента технического маркетинга.
Вид, растворимость и количество гипса
В портландцементе в качестве регулятора сроков схватывания в обязательном порядке присутствует сульфат кальция. При производстве цемента сульфат кальция чаще используется в форме двуводного гипса или, другими словами, гипсового камня. При наличии в цементе двуводного гипса в первые же минуты гидратации вследствие его более высокой растворимости по сравнению с С3А на поверхности гидратирующихся кристаллов трехкальциевого алюмината формируется плотная пленка эттрингита, что препятствует дальнейшей гидратации алюминатной фазы. В этом случае фиксируется повышенное водоотделение цемента.
Пониженное водоотделение, как правило, наблюдается при полной или частичной замене двуводного гипса на полуводный или ангидрид (безводная форма). В этом случае преобладает механизм формирования эттрингита в виде тонких длинных игл, сформировавшихся по всему объему межзернового пространства после 80 минут взаимодействия цемента с водой.
Таким образом увеличивается степень гидратации алюминатных фаз, повышается седиментационная устойчивость цементно-водной системы, снижается водоотделение.
«Яркий вариант решения проблемы – это уменьшение содержания гипса, что приведет к значительному снижению водоотделения. Так, при отсутствии гипса водоотделение равно нулю. Но при отсутствии гипса возникает другая проблема – это мгновенное и необратимое схватывание цемента», – отмечает Наталья Стржалковская.
Гранулометрический состав цемента
Часто можно услышать: чем выше удельная поверхность цемента – тем меньше его водоотделение. Однако, согласно статистическим данным, это не нашло подтверждения. Бывают цементы как с высокой, так и с низкой удельной поверхностью практически не обладающие водоотделением. Как утверждает эксперт, нужно обращать внимание на распределение частиц при помоле на фракции: если содержание зерен цемента размером 5-10 микрон составляет более 35%, то, как правило, это помогает сдерживать водоотделение.
Дзета-потенциал цементно-водной системы
Для систем с низким водоотделением характерен высокий заряд поверхности частиц в первые 5-10 минут гидратации, к 30 минуте он понижается почти до 0 и к 50 минуте снова вырастает. Для цементов с высоким водоотделением, наоборот, характерен низкий заряд в самом начале, затем он повышается, а к 50 минуте снижается почти до 0. Этот эффект объясняет регулирование водоотделения для цементов с минеральными добавками.
«Активный кремнезем, присутствующий в минеральных добавках, вступает в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция, которые имеют высокий отрицательный заряд. Так, повышается отрицательный заряд системы, а значит, повышается растворимость трехкальциевого алюмината и снижается водоотделение», – объяснила Наталья Стржалковская.
Наиболее часто вопрос водоотделения беспокоит потребителей весной. Эксперт подчеркнула, что в основном перед началом весны печи останавливаются на плановые ремонты. По ее словам, свежего клинкера нет, а нужные объемы накапливаются заранее, меняется температура клинкера и его химический состав.
Еще один фактор в пользу повышенного водоотделения – это низкая температура при помоле клинкера в мельницах, при которой практически весь гипс остается в двуводной форме.
Получается, что весной ввиду недостаточного количества свежего клинкера, никакие из вариантов, кроме изначального использования полуводного гипса и ангидрита, не работают.
«Проблемы отделения воды остаются одними из самых сложных для регулирования и являются двигателем для постоянных исследований и улучшений процессов производства и контроля цемента», – подытожила Наталья Стржалковская.
По материалам журнала «Технологии бетонов».
