Источник: http://chemistry.suite101.com/article.cfm/the_chemistry_of_concrete
В строительстве, бетон используется чаще других материалов. Современный мир невозможен без бетона – он необходим для дорог, строительства и промышленности. Большинство экспертов сходятся во мнении, что "бетон - это химия" (связь). Это связано с увеличивающейся разработкой различных добавок, которые химически воздействуют на определенные свойства бетона. В этой статье кратко описаны основные реакции, происходящие в бетоне. Также рассматриваются добавки и их влияние на химию бетона. Бетон состоит из трех основных компонентов: наполнители, цемент и вода. Наполнители химически инертны и связаны вместе цементом. Они составляют основную массу бетона и являются инертными по отношению к цементному раствору. Цемент производят путем совместного обжига глинистых материалов и известняков во вращающихся печах. Обожженный материал измельчают с необходимыми добавками и в конечном итоге полученный цемент состоит из пяти соединений. Около 50% - это трехкальцевый силикат, 25% - это двухкальцевый силикат, 10% - трехкальцевый алюминат, 10% - четырехкальцевый алюмоферрит и 5% гипса.
При взаимодействии цемента с водой, его компоненты гидротируются. Силикаты кальция формируют гидрат силиката кальция, гидроксид кальция и выделяется тепло. Эти компоненты формируют прочность бетона. Трехкальцевый силикат реагирует быстро и выделяет много тепла. Двухкальцевый силикат реагирует медленнее и выделяет меньше тепла.
Химия этих реакций комплексна. Когда силикаты кальция вступают в контакт с водой, ионы кальция, воздействуя на воду образуют гидроксид ионы. В ходе этой реакции выделяется тепло. Гидроксид кальция слабо растворим в воде, поэтому раствор быстро насыщается и начинает твердеть. В то же время, гидрат силиката кальция также твердеет. Пока вода находится в контакте с цементом, эти реакции продолжаются, но замедляются и упрочнение может длиться несколько лет.
После взаимодействия агрегат перестает реагировать, но формирует поверхность для новообразований. Это легче происходит вначале, когда цемента содержится больше чем воды. Когда твердое тело сформировано, количество свободного пространства уменьшается и затрудняется движение воды к не прореагировавшим частицам цемента. Это означает, что реакция замедляется, так как поры в теле становятся маленькими. Также необходимо рассматривать эффекты изменения пропорций воды и цемента. Бетон становится прочнее, если меньшее содержание воды цементном растворе. Однако, если содержание воды очень маленькое, бетон становиться не пластичным и плохо укладывается. Необходимо найти оптимальное соотношение между содержанием воды и цемента.
Для чего необходимы добавки? Некоторые примеси улучшают удобоукладываемость и пластичность бетона таким образом, что можно использовать меньше воды, а, следовательно, упрочнить бетон. Некоторые вещества, такие как, например мылонафт, используются в этих целях. Синтетический полимер называемый учеными суперпластификатором, также используется в этих целях.
Другие добавки уменьшают воздействие вредных факторов на процесс схватывания бетона. Одни добавки задерживают воду, что стабилизирует процессы твердения в жарком климате (например сахар), другие добавки ускоряют твердение при низких температурах (например хлорид кальция).