wydzielanie ciepła

Najwięcej ciepła wydziela wapno (CaO) bo aż 275 kalorii na gram, natomiast ze związków cementu najkaloryczniejszy jest glinian trójwapniowy. To co jest charakterystyczne to to, że różnica w ilości wydzielanego ciepła w porównaniu do pozostałych związków jest w szczególności duża w pierwszych dniach twardnienia i wiązania. Później, ilość wydzielanego ciepła jest już nieduża, ale zostaje rozciągnięta na dłuższy okres czasu. Wyciągamy z tego dwa wnioski:

1. proces chemiczny hydratacji trwa kilka miesięcy bądź nawet lat
2. w przypadku glinianów wapnia większa część tego procesu zachodzi w ciągu zaledwie kilku pierwszych dni.

Miernikiem intensywności hydratacji jest ilość powstałego ciepła. W wyniku hydratacji wokół każdego ziarna cementu powstaje warstwa żelu. Im bardziej żel zwiększa swą grubość, tym wodzie jest ciężej się tam dostać. To właśnie zwalnia tempo hydratacji i rozciąga proces na tak długi okres czasu.

proces hydratacji

Według Bajkowa kamień cementowy czyli związany i twardy zaczyn stanowi niejednorodny system. Jest on częściowo złożony z układów krystalicznych, a częściowo z układów żelazowych. Potrafią one przechodzić w mikro agregaty krystaliczne.

Ziarno cementu produkuje kryształy pod postacią wąsów wyniku reakcji z wodą. Jest to dalszy etap zagęszczenia się splotu kryształów w kształcie włókien wyrastających z ziaren cementu. Proces hydratacji każdego z ziaren zaczyna się na jego powierzchni i zmierza do środka. Warstwa żelu jednak jest zbyt wodoszczelna, aby pozwoliła na uwodnienie środka. Wiązanie cementów jest procesem egzotermicznym, czyli w trakcie wiązania wydziela się duża ilość ciepła.

czas wiązania

Czas wiązania cementu jesteśmy w stanie podać z użyciem igły Vicata. Różni się ona w zależności od warunków danego państwa oraz opinii specjalistów z różnych zakątków świata. W Polsce igła ta i sposób jej używania jest określona w normie PN/B-04300. Takie normy dla każdego gatunku cementu szacują minimum dla początku i maksimum dla końca wiązania. Łatwo można dojść do wniosku, że igła Vicata jest tylko i wyłącznie miniaturową prasą o ustalonym przez normy ciężarze i powierzchni tłoczka. Wychodzi więc na to, że jedynie wywiera ona znormalizowany nacisk na badany zaczyn. Dlatego też tą igłą mierzony jest jedynie czas, w którym wiążący zaczyn cementowy osiąga przypadkowo przez normy ustaloną wytrzymałość, a nie początek i koniec wiązania.

Przeprowadzone przez autora badania zmian oporu elektrycznego, to znaczy oporności właściwej w wiążącym zaczynie umożliwiły opracowanie metody ścisłego pomiaru początku wiązania, Zmiany chemiczne, jakie zachodzą w zaczynie cementowym w czasie wiązania muszą wywoływać zmiany jego oporności właściwej. Po zmieszaniu cementu z wodą w pierwszej fazie zachodzi rozpuszczenie się wolnego CaO i alkalii znajdujących się w cemencie. Następnie rozpuszczają się gliniany wapnia i krzemiany wapnia, co skutkuje wydzielaniem się dalszego wolnego wapnia. Woda zarobowa przeistacza się w bardziej nasycony roztwór wodorotlenku wapnia, co za tym idzie jej przewodność właściwa się polepsza, a oporność właściwa spada. Ten proces nie trwa długo, bo tylko do momentu, gdy gliniany zaczną się uwadniać tworząc uwodnione gliniany i siarczogliniany wapnia. Od tej chwili oporność właściwa wzrasta. Hydratacja dalszych związków cementu sprawia absorbcję wody i dalszy wzrost oporności zaczynu. Stąd wynika, że minimalna wartość oporności właściwej zaczynu określa w czasie początek wiązania cementów.

technologia betonu

Pozostałe trzy związki cementu wymienione w tabl. 5-3 są mniej egzotermiczne i w pierwszym okresie nie wytwarzają intensywnie ciepła. Większość ciepła hydratacji wydzielają one po koło 28 dniach, czyli o wiele później niż gliniany wapnia. Jest to istotne dla technologa betonu, bo pozwalają one na podstawie składu mineralnego wnioskować o cechach termicznych cementów. Ich właściwości egzotermiczne należy brać pod uwagę przy stosowaniu cementów dla różnych warunków budowy. Przy betonowaniu dużych bloków betonowych takich jak zapory wodne, podczas wydzielenia się ciepła przy hydratacji cementu temperatura w środku bloków betonowych może wynosić do 50°C bądź więcej. Gdy taki blok stygnie, kurczy się, tworząc rysy. Betonowa zapora robi się nieszczelna i pojawiają się zacieki. Często w takich przypadkach pomaga instalacja urządzenia chłodzącego. Z drugiej strony przy robotach w zimę, egzotermia cementu jest korzystna.