Что происходит, когда бетон затвердевает?

Чтобы приготовить бетон, вяжущее цемент смешивают с заполнителем и добавляют воду. В результате сначала образуется свежий бетон, который остается мягким и податливым для укладки. Для затвердевания требуется около 24 часов, этот промежуток также известен как время схватывания. Между тем происходит то, что называется гидратацией: цементный клей превращается в цементный камень. Но что на самом деле происходит именно в бетоне при этом?

Влажная, густая консистенция свежего бетона имеет огромное преимущество. Только благодаря этому строительный материал достигает своей уникальной гибкости, которая делает возможными конструкции исключительных и сложных форм. Длительный период времени, в течение которого можно обрабатывать свежеуложенный бетон, связан с тем, что затвердевание - это относительно медленный химический процесс.

Гидратация цемента и воды

При этом решающее значение имеет реакция между цементом и водой затворения. Это называется гидратацией, потому что вода в основном связывается химическим путем. Вот почему, строго говоря, неправильно говорить, что бетон высыхает. Так было бы, если бы вода для приготовления смеси попала в окружающую среду. Тем не менее, бетон затвердевает именно из-за присутствия воды, а не из-за того, что вода испаряется. Удивительно, но молекулы H2O вступают в реакцию с цементом с образованием твердых частиц. Цемент производится в основном из сырья известняка и глины. Обычно добавляют кварцевый песок и железную руду. Сырье измельчают и обжигают при температуре от 1400 до 1500°C. В результате образуются твердые обожженные и очень плотные шарики. Эти так называемые цементные клинкеры смешиваются с такими добавками, как металлургический песок, летучая зола, известняк и гипс, а затем все вместе измельчается еще раз. Цемент готов.

Что именно происходит, когда вы смешиваете цемент с водой и каменной крошкой?

Добавки горных пород, содержащиеся в бетоне, остаются неизменными и не играют никакой роли в химической реакции. Но окружающая их смесь цемента и воды – так называемый цементный клей – меняет консистенцию и превращается в твердый цементный камень. То, что на практике в бетонные смеси обычно добавляют добавки и присадки для достижения определенных желаемых свойств, не имеет отношения к основному принципу отверждения бетона. На эту тему вы можете вскоре прочитать отдельный пост по экспертизе на этом этапе.

Образование кристаллов CSH

Когда цемент вступает в контакт с водой, практически мгновенно происходит так называемый гидролиз. При этом вода вступает в реакцию с поверхностью цементных клинкеров, что приводит к первоначальному затвердеванию цементного клея. Но после этого спонтанная реакция сначала останавливается. Не ранее, чем через час после добавления воды клинкерные поверхности раскроются, и начнется фактический процесс затвердевания цементного клея. При этой гидратации заполненные водой промежутки между твердыми частицами цемента постепенно заменяются гидратными соединениями. Это кристаллические твердые вещества, в которых вода химически связана. В зависимости от типа используемого цемента образуются различные кристаллы гидрата. В портландцементе, который содержит очень много силикатов кальция, это, прежде всего, гидраты силиката кальция (CSH). Вначале эти кристаллы все еще очень крошечные, и только примерно через четыре часа образуются более крупные соединения CSH, которые становятся все более способными перекрывать промежутки между частицами цемента. Это создает длинноволокнистые игольчатые структуры. Эта форма играет большую роль в высокой прочности цементного кирпича, который впоследствии станет твердым, и, следовательно, бетона. Кристаллические иглы как бы „сцепляются“ друг с другом.

Долгосрочная реакция

Цементы с высокой прочностью в значительной степени затвердевают примерно через 24 часа. Но это не значит, что бетон уже полностью наберет всю свою прочность. Скорее, это длительный процесс, который, в зависимости от рецептуры цемента, может длиться от четырех недель до нескольких месяцев. Этот заключительный процесс затвердевания также известен как третья фаза гидратации – после застывания и затвердевания. Кстати, для получения качественного бетона очень важно, чтобы количественное соотношение воды и цемента было правильным. Только тогда возможна оптимальная реакция схватывания, при которой большая часть воды для затвердевания будет химически связана. В связи с этим необходимо обратить внимание на водоцементное соотношение, которое означает соотношение между массой воды для затворения смеси и массой цемента. Он должен составлять от 0,3 до 0,6. Из нуля перед запятой можно сделать вывод, что „хорошая“ бетонная смесь будет содержать больше цемента, чем воды.