Ожидание затвердевания цемента это время

Ожидание затвердевания цемента это время

146
0-1550 гемента с гл!
145
0-1000
1,70
1000-1550

1 Смесь
портланд
гнопорошком в соотб
ошении 5:1.

2 Тампо
нажный ц
эмент для хоу
юдных скважин.

Все три исследованные скважины пробурены в идентичных геологических условиях по одинаковой технологии. Скважины были предназначены для вскрытия IV нефтегазового горизонта, располагающегося в интервале от 1420 до 1520 м и имеющего пластовое давление приблизительно 15,5 МПа, температуру около 60 °С.

Согласно программе проведения исследований, после цементирования эксплуатационной колонны и сброса давления на устье в скважину спускали в общем корпусе термометр ТЭГ-36 и АКЦ-1. При спуске замеряли температуру, а при подъеме — амплитуду акустической волны, проходящей по колонне Ак. Спуск-подъем приборов производили несколько раз в течение 24 ч ОЗЦ.

Подробно рассмотрим условия цементирования и результаты исследований на одной из них — скв. 1244 Троицкой (результаты, полученные на остальных скважинах, были аналогичны). Низ эксплуатационной колонны был оборудован обратным клапаном ЦКОД-146, толщина стенки колонны 7-8 мм. Промывка перед цементированием длилась 1 ч 15 мин при расходе 20 л/с. Температура выходящего на устье бурового раствора в конце промывки равнялась 31 °С. При цементировании скважины в течение 1 ч было закачано 19 м3 портландцементного растворов (вторая порция). Обе порции приготовили на воде, в 1 м3 которой содержалось 12 л концентрата ССБ плотностью 1,16 г/см3. Температура закачанного раствора составляла 17-19 °С. Тампонажный раствор продавливали в течение 23 мин буровым раствором плотностью 1,24-1,28 г/см3. Объем продавочной жидкости — 24 м3. Момент “стоп” был получен при давлении на устье 11 МПа через 1 ч 26 мин после начала цементирования.

На рис. 97 представлены результаты исследований, которые удобно рассмотреть по интервалам размещения первой и второй порций тампонажного раствора.

Вторая порция размещалась в интервале 1330—1550 м. Через 7 ч после окончания цементирования Ак = 0 (см. рис. 97, $), следовательно, тампонажный раствор уже схватился. Такой результат вполне согласуется с лабораторными данными (см. рис. 97, •). Ввиду завершения схватывания и снижения тепловыделения из твердеющего раствора, нагрев приствольной зоны сменяется охлаждением в период между температурными замерами, проведенными через 9 и 13 ч (см. рис. 97, ,).

В интервале 1230—1330 м, где находилась зона смешивания первой и второй порций, между 7- и 19-часовыми замерами

Рис. 97. Сопоставление результатов термоакустических и лабораторных исследований в скв. 1244 Троицкой площади:

t — нементогюаммы чеюез 7 (1) и 19 (2) ч: • — сюоки начала (3) и конца (4) схватывания тампонажного юаствоюа по лан-ным лабораторных анализов — термограммы через 7(5), 9(6), 13(7) и 9(8) ч после окончания цементирования; -кавернограмма (9)

АКЦ Ак снижается до нуля (см. рис. 97, а), что свидетельствует о завершении схватывания смеси в этот период. Очевидно, наличие гельцемента в твердеющей смеси замедляет ее схватывание.

Схватывание первой порции тампонажного раствора, размещенного в интервале 150—1230 м, трудно установить по данным температурных замеров и АКЦ, поскольку тепловыделение и упругопрочностные характеристики гельцементной массы значительно ниже, чем портландцемента. Тем не менее и здесь имеются признаки подтверждающие сходимость геофизических данных с лабораторными данными (см. рис. 97, 6). По данным термометрии в период последнего (19-часового) спуска приборов схватывание гельцементного раствора плотностью 1,40 г/см3 завершено на глубине, превышающей 850 м. Замеры АКЦ также показали уменьшение Ак, особенно заметное ниже 850 м. О начале схватывания гельцементного раствора, расположенного выше 850 м, свидетельствует подъем температуры между 13- и 19-часовыми замерами в интервале каверн под башмаком кондуктора (см. рис. 97, в, г).

Таким образом, проведенные исследования показали, что можно с достаточной точностью определять сроки схватывания тампонажного раствора в лабораторных условиях, если последние и рецептура проб максимально приближены к скважинным.

4.2.4. ВОЗМОЖНОСТЬ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ГАЗОНЕФТЕВОДОПРОЯВЛЕНИЙ И МЕЖПЛАСТОВЫХ ПЕРЕТОКОВ В ЗАКОЛОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ СКВАЖИН

При твердении цементного раствора в скважине через 1,5 — 3 ч от начала затворения происходит замедление процессов структурообразования, которое продолжается 5-9 ч. При этом нарушается формирование сплошного тампонажного камня за счет расслоения цементного раствора. Образующийся тампонажный камень характеризуется неравномерной прочностью, слоистой крупнозернистой структурой, проницаемостью и низкой адгезией.

Уменьшить до минимума стадию замедления структурообразования, сократить сроки схватывания и существенно изменить в сторону повышения качество физико-механических свойств цементного камня в скважинных условиях оказалось возможным, одновременно осуществляя интенсивный кратковременный нагрев тампонажного раствора в заколонном

пространстве и низкочастотные затухающие колебания давления на колонну [78, 89].

Этот принцип послужил основой для разработки технологии предотвращения каналообразования в отдельных интервалах заколонного пространства, а следовательно, предупреждения газонефтеводоперетоков (в случае достаточного вытеснения глинистого раствора).

Сущность технологии заключается в своевременном, до уменьшения давления твердеющей тампонажной смеси в за-колонном пространстве ниже пластовых давлений, а следовательно, до возникновения газонефтеводопроявлений или меж-пластовых перетоков, создании в заданных его интервалах с наибольшей вероятностью прорыва пластовых флюидов (например, против непроницаемых “покрышек” над газонефтеносными пластами, или против глинистых прослоев между газонефтеносными и водоносными пластами) цементных перемычек, обеспечивающих надежную герметизацию нижележащего заколонного пространства.

Затем соответствие по глубинам заданным интервалам толщину, скорость твердения и набора прочности создаваемых цементных перемычек оценивают по данным неоднократно проведенных в период ожидания затвердения цементной массы за обсадной колонной в скважине замеров электротермометром и аппаратурой акустического контроля за цементированием с регистрацией фазокорреляционных диаграмм, т.е. по данным временных термоакустических исследований в период ОЗЦ.

Для этого после закачки в заколонное пространство там-понажного раствора, но до начала его твердения, в заданных интервалах скважины сжигают опущенные на каротажном кабеле специальные пороховые заряды, например, из серийно выпускаемых: аккумулятор давления скважинный (АДС), или пороховой генератор давления (ПГД, БК).

Пороховые заряды воспламеняются электрическим импульсом и в процессе горения одновременно создают в скважине пульсирующее, с затухающими частотой и амплитудой давление через колонну на еще не затвердевшую тампонаж -ную смесь и ее интенсивное нагревание. Низкочастотная затухающая пульсация давления в скважине создает затухающие колебания тампонажной смеси, ускоряющие физико-химические процессы уплотнения и упрочнения ее структуры с постепенным переходом в спокойное, устойчивое состояние.

При этом параметры порохового заряда подбираются так,

чтобы максимальная амплитуда избыточного пульсирующего давления в скважине, образующегося при его сгорании, была достаточно велика для создания колебаний тампонажной смеси, но не превышала зависящее от гидростатического давления и диаметра обсадной колонны в интервале сгорания предельное давление, при котором нарушается целостность обсадной колонны в ее резьбовых соединениях.

Одновременно создаваемое интенсивное нагревание тампонажной смеси в заколонном пространстве скважины, в которой измеряемое после сгорания заряда превышение –оновых значений температуры изменяется в пределах 30 60 °С, обеспечивает ускоренные твердение и набор прочности тампонажной смеси без дополнительного дорогостоящего и не всегда эффективного использования специальных добавок к тампонажному раствору.

Для оценки своевременности создания с помощью зату-хающего баротеплового воздействия цементных перемычек, их соответствия по глубинам заданным интервалам и надеж-но- сти герметизации находящегося под ними заколонного пространства в скважине после сгорания пороховых зарядов проводят временные термоакустические исследования скважины в период ОЗЦ.

На зарегистрированных в процессе таких исследований термограммах в интервалах воздействия сожженных пороховых зарядов отмечаются температурные аномалии с превы-шением фоновой температуры в скважине на 30–60 °С, уменьшающиеся со временем. На зарегистрированных в период ОЗЦ диаграммах АКЦ и ФКД в интервалах баротеплового воздействия отмечается ускоренное образование в заколонном пространстве твердых цементных перемычек с плот-ным контактом с колонной и породой (т.е. высокой прочности) и с толщиной, достаточной для выдерживания макси-мального перепада давления в скважине, при отсутствии или частичном контакте с колонной и породой незатвердевшей тампонажной смеси в ниже- и вышележащих интервалах заколонного пространства. А это свидетельствует о своевременном создании надежной герметизации частей заколонного пространства, находящихся ниже сформированных цемент-ных перемычек (еще до возможности образования газонеф-теводопроявлений и межпластовых перетоков).

Пример. На зарегистрированных в нефтяной скважине кривой КС 1 зонда А2МО и кавернограмме 2 отмечается интервал 1628,5– 1631,5 м глини-стого кавернозного прослоя 3 между нефтеносной и водоносной частями продуктивного горизонта (рис. 98).

Рис. 98. Результаты термобарического воздействия в нефтяной скважине

Для повышения надежности предотвращения перетока пластовой воды из водоносной части горизонта в нефтеносную были проведены работы по созданию в заколонном пространстве против глинистого прослоя непроницаемой цементной перемычки с помощью сжигания порохового заряда.

Длину заряда L определяли по формуле

L = p ‘ +ao>po D (42j

где р — суммарное (избыточное плюс гидростатическое) давление, образующееся в колонне при сгорании порохового заряда; а0 = 0 — для неперфо-рированной колонны; р0 — гидростатическое давление в интервале 1637 — 1638 м сгорания заряда в скважине, равное, при плотности бурового раствора 1,2 г/см3, 19,65 МПа; D — внутренний диаметр обсадной колонны, равный 146 мм; a = 0,96-Ю-3; сррп = 1400 МПа.

Заданное максимальное значение избыточного давления, создаваемого в скважине при сгорании порохового заряда, р1 = р — р0 = 16,5 МПа

Сколько по времени сохнет (застывает, схватывается) цемент, цементный раствор

Прочность, долговечность любой строительной конструкции зависит как от качеств основного материала, так и связующих веществ. Смеси на основе цемента не имеют заметной конкуренции в области возведения несущих конструкций при кладке кирпича, блоков, монолитном методе устройства фундаментов, стен, перекрытий.

Уникальные свойства твердения цемента, ассортимент предлагаемой продукции позволяют подобрать оптимальную марку для решения предстоящий задач. Из наиболее популярных вопросов по той теме можно отметить интерес к тому, сколько сохнет цемент и смеси на его основе. Многое зависит от состава строительного материала и условий его применения.

От чего зависит время высыхания цемента

На прочность, долговечность, соответствие заявленным характеристикам смеси влияют несколько факторов, в том числе сколько застывает цемент. Регулировать этот процесс можно двумя способами: температурой и выбором марки связующего.

Цифры в маркировке цемента означают его прочность, измеряемую в кг/см2. Чем выше это значение, тем быстрее сохнет смесь. Марку прочности указывают на упаковке. Соответственно М 200 будет сохнуть дольше чем М 400.

Немаловажным фактором для определения — сколько сохнет цементный раствор, становится температура. Оптимальным значением для этой операции является диапазон 15-25° C. При более низкой температуре время существенно увеличивается. Значения выше 30° C тоже не очень благоприятно влияют на качество застывающей смеси. Необходимо применять дополнительные меры по предотвращению преждевременного высыхания и контролю над происходящим процессом.

Самое быстрое и качественное затвердение бетона происходит при применении технологии, использующейся на предприятиях по выпуску ЖБИ. Сколько времени застывает цемент при формировании, например, плит перекрытия? Через 12-18 часов бетон набирает 90% от заявленной прочности. Такая скорость высыхания возможна только на специальном оборудовании, которое обеспечивает герметизацию изделия, нужную температуру, указанную марку прочности и некоторые другие условия. Точная дозировка состава, вибрационная обработка, прогрев изделия паром, исключение потерь влаги — непременные условия изготовления изделий ЖБИ.

Добиться таких показателей на строительной площадке невозможно. Поэтому точно знать сколько времени застывает цемент в обычных условия можно на упаковке продукции. Там указаны рекомендуемые пропорции, температурный режим и срок затвердевания смеси. Производитель может вводить присадки в состав для получения специальных качеств, поэтому точное время может несколько отличаться даже у одинаковых марок цемента. Нужно знать основной принцип — сколько сохнет обычный цемент в стандартных условиях. 28 суток считается необходимым минимум для достижения эксплуатационных качеств смеси. Далее процесс существенно замедляется и упрочнение за последующий год составляет не более 10%.

Два основных этапа затвердевания

Для достижения заявленных качеств необходимо соблюсти правильные пропорции при замешивании раствора. Только в этом случае будет достигнута желаемая прочность. Примерно через час после заливки смеси начинается процесс изменения ее структуры. Этот этап называют схватыванием. Сколько времени застывает цементный раствор до продолжения дальнейшей работы?

Через сутки масса становится настолько прочной, что по ней можно ходить. Но до заявленной марочной прочности еще далеко. Это был только первый этап, называемый схватыванием. Далее начинается процесс затвердевания. Через двое суток смесь набирает около 50% прочности в теплое время года.

Полную эксплуатационную нагрузку, операции по дальнейшему возведению следующего этажа рекомендуется начинать не ранее 28 суток, когда прочность бетона приближается к заявленной на 90%. Особое значение, сколько схватывается цементный раствор и каково время полного отвердения, придается времени при строительстве несущих конструкций. Мощные фундаменты, при возможности, лучше заливать за год до начала основного строительства. За это время происходят практически все процессы изменения структуры. Значимых изменений геометрии конструкции не будет. Точное время полного застывания конкретного цементного раствора определить сложно. Длиться он может годами, но через 12 месяцев эти изменения не сказываются на качестве здания.

Сколько сохнет цемент М 500

Маркировка материала важна при выборе смеси для достижения необходимых качеств. Сколько при этом застывает цемент по времени становится вторым по важности вопросом. Знать это необходимо для планирования дальнейших операций. Например, М 500 при рекомендуемых условиях за две недели после того, как началось отвердение раствора, набирает 75% прочности, а М 400 — 50%.

То есть более качественный цемент дает возможность проводить строительные операции существенно быстрее. Пропорционально действует на смесь и температура.

Время застывания цемента (любой марки) практически останавливается при 0° C, если в составе нет специальных присадок. При превращении воды в лед происходит структурное разрушение материала. Нельзя допускать обморожения смеси до достижения ей 90% прочности. Марка М 500 к исходу месяца набирает нужное значение. Пропорции цемента и песка также могут оказывать влияние на скорость затвердения. Небольшое количество связующего может замедлить процесс отвердения, если наполнитель будет впитывать влагу. Растворы с большим количеством песка больше нуждаются в увлажнении, нежели более концентрированные смеси.

Как повлиять на время высыхания цемента М 500

Ускорить процесс затвердевания смеси можно поддержкой оптимальной температуры. Вычисляется среднесуточное значение и если оно ниже 15-20° C, то нужно принять дополнительные меры по обогреву материала. При этом нельзя допускать обезвоживания смеси. Цемент имеет склонность к самовысыханию. Недостаток влаги не дает возможности проходить реакции гидратации, отчего качества материала ухудшаются. Решить эту проблему можно принудительным увлажнением, укрытием поверхности пленкой, опилками, тканью. Установка обогревательного оборудования заметно ускорит процесс высыхания, но и увеличивает риски потерь влаги смесью.

Сколько времени сохнет цемент в помещении и на улице

Прямая зависимость скорости схватывания от температуры дает возможность точно определить сколько сохнет раствор цемента с песком внутри и снаружи здания. В помещении воздух прогрет более равномерно, поэтому можно подсчитать время достаточно точно. Для вычисления срока затвердевания на открытом пространстве необходимо сделать замеры температуры с интервалом в несколько часов в течение суток. Благодаря факторам окружающей среды время может существенно измениться.

Разница дневных и ночных показаний могут отличаться на 10-20° C. Необходимо определить среднесуточное значение, которое и станет основным критерием при определении времени затвердевания цементного раствора на улице. При этом показатель влажности воздуха в помещении, как правило, ниже, значит процесс испарения идет активнее, особенно, если здание оборудовано системой отопления. Пересушивание смеси приведет к ухудшению качеств. Если при оштукатуривании стен это не может являться критическим дефектом, то стяжке необходима прочность, поэтому нужно защитить поверхность от пересыхания.

Состав цемента и его гидратация

Реакция превращения сухой смеси в твердую массу запускается после введения воды в ее состав. Клинкерные минералы являясь силикатами активно начинают образовывать пространственные связи. Процесс необратим, поскольку коагуляция частичек приводит к полному изменению структуры материала. Сколько сохнет обычный цементный раствор с песком, зависит от химического состава сухой смеси. Высокое содержание силикатов ускоряет процесс.

Марки высокой прочности, такие как М 400, М 500, имеют малое количество примесей, и время схватывания цементного раствора происходит быстрее, нежели чем при использовании менее прочных материалов.

Смесь сначала становится пластичной, что дает возможность формировать из нее элемент необходимой формы, а затем она затвердевает, приобретая необходимую прочность. Рекомендуется использовать жидкий раствор в указанный на упаковке срок. Обычно он находится в диапазоне от 30 мин до 4 часов. Тогда возможно бес потери качества возможно восстановление пластичности застывающего раствора При низких температурах допускается незначительная корректировка в сторону увеличения срока. Тогда производитель гарантирует заявленные качества и время затвердевания цементного раствора в стандартных значениях.

Реакция называется гидратацией, где первая часть слова означает воду. Процесс уникален и отличается принципиально от схватывания и затвердевания смесей на основе гипса, где необходим воздух для полноценной реакции, которая проходит многократно быстрее и набирает заявленные качества в первые же часы. Время, необходимое для высыхания цемента зависит только от марки и температуры окружающей среды при достаточной влажности массы.

Гидратация цемента

Гидратация цемента — химическая реакция цемента с водой с образованием кристаллогидратов. [2] В процессе гидратации жидкий или пластичный цементный клей превращается в цементный камень. Первая стадия этого процесса называется загустеванием, или схватыванием, вторая — упрочнением, или твердением. [3]

Содержание

• 1 Химические реакции
• 2 Изменения физических свойств
• 3 Примечания
• 4 Литература
• 5 Ссылки

Химические реакции [ править | править код ]

Безводные минералы клинкера при реакции с водой превращаются в гидросиликаты, гидроалюминаты и гидроферраты кальция. Все реакции являются экзотермическими, то есть протекают с выделением теплоты. На скорость гидратации влияют: степень помола цемента и его минеральный состав, количество воды, которой замешивается цемент, температура, введение добавок. [5] Степень гидратации зависит от водоцементного соотношения, и достигает своего максимального значения только через 1—5 лет. [6] [

1] Степень гидратации определяется различными способами: по количеству Ca(OH)₂, по тепловыделению, по удельному весу цементного теста, по количеству химически связанной воды, по количеству негидратированного цемента, [

2] либо косвенно по показателям прочности цементного камня. [7] Продукты гидратации различаются по прочности. Основными носителями прочности являются гидросиликаты кальция. [6] В процессе гидратации клинкеров C₃S и C₂S помимо гидросиликатов кальция образуется гашёная известь Ca(OH)₂, сохраняющаяся в цементном камне и препятствующая коррозии стали внутри цементного камня. [8]

Уравнения реакций для четырёх основных клинкерных минералов выглядят следующим образом [9] :

Для трёхкальциевого силиката 3 CaO ⋅ SiO 2 >>> (сокращённо C 3 S >>> ):

<3CaO.2SiO2.3H2O>+ <3Ca(OH)2>+ 502>>>»> 2 ( 3 CaO ⋅ SiO 2 ) + 6 H 2 O ⟶ 3 CaO ⋅ 2 SiO 2 ⋅ 3 H 2 O + 3 Ca ( OH ) 2 + 502 + 6H2O -> <3CaO.2SiO2.3H2O>+ <3Ca(OH)2>+ 502>>> <3CaO.2SiO2.3H2O>+ <3Ca(OH)2>+ 502>>>»/> Дж/г

Для двукальциевого силиката 2 CaO ⋅ SiO 2 >>> (сокращённо C 2 S >>> ):

<3CaO.2SiO2.3H2O>+ + 260>>>»> 2 ( 2 CaO ⋅ SiO 2 ) + 4 H 2 O ⟶ 3 CaO ⋅ 2 SiO 2 ⋅ 3 H 2 O + Ca ( OH ) 2 + 260 + 4H2O -> <3CaO.2SiO2.3H2O>+ + 260>>> <3CaO.2SiO2.3H2O>+ + 260>>>»/> Дж/г

Для трехкальциевого алюмината 3 CaO ⋅ Al 2 O 3 >>> (сокращённо C 3 A >>> ):

<3CaO.Al2O3.6H2O>+ 867>>>»> 3 CaO ⋅ Al 2 O 3 + 6 H 2 O ⟶ 3 CaO ⋅ Al 2 O 3 ⋅ 6 H 2 O + 867 + 6H2O -> <3CaO.Al2O3.6H2O>+ 867>>> <3CaO.Al2O3.6H2O>+ 867>>>»/> Дж/г

Для четырёхкальциевого алюмоферрита 4 CaO ⋅ Al 2 O 3 ⋅ Fe 2 O 3 >>> (сокращённо C 4 AF >>> ):

<3CaO.Al2O3.6H2O>+ <3CaO.Fe2O3.6H2O>+ 419>>>»> 4 CaO ⋅ Al 2 O 3 ⋅ Fe 2 O 3 + 2 Ca ( OH ) 2 + 10 H 2 O ⟶ 3 CaO ⋅ Al 2 O 3 ⋅ 6 H 2 O + 3 CaO ⋅ Fe 2 O 3 ⋅ 6 H 2 O + 419 + <2Ca(OH)2>+ 10H2O -> <3CaO.Al2O3.6H2O>+ <3CaO.Fe2O3.6H2O>+ 419>>> <3CaO.Al2O3.6H2O>+ <3CaO.Fe2O3.6H2O>+ 419>>>»/> Дж/г

Изменения физических свойств [ править | править код ]

При смешивании цемента и воды цементные частицы окружаются водой, которая составляет 50—70 объёмных процентов смеси. В результате химической реакции гидратации начинается образование иглообразных кристаллов. Спустя 6 часов образуется достаточное количество кристаллов и между цементными частицами формируются пространственные связи. Так происходит загустевание (схватывание) цементной смеси. [3] Процесс схватывания, вероятно, обеспечивается избирательной гидратацией клинкерных минералов C₃A и C₃S, а также развитием оболочек вокруг цементных зёрен и взаимной коагуляцией составных частей цементного теста. [11] Через 8—10 часов объём цементной смеси заполняет скелет иглообразных кристаллов, образованный преимущественно продуктами гидратации алюминатов C₃A, поэтому такая структура называется алюминатной. С этого момента начинается застывание и набор прочности, которые связаны с формированием силикатной структуры, образующейся в процессе гидратации клинкерных минералов C₃S и C₂S. Результатом реакции силикатов и воды становятся очень малые кристаллы, объединяющиеся в гомогенную тонкопористую структуру, которая и определяет итоговую прочность цементного камня. Примерно через сутки силикатная структура начинает вытеснять алюминатную, а спустя 28 суток — полностью вытесняет её. [5] На практике формирование рыхлой алюминатной структуры из гидросиликата кальция в процессе схватывания отрицательно влияет на прочностные характеристики цементного камня. Поэтому в цементный клинкер вводится гипс, количество которого ограничивается допустимой концентрацией ангидрида серной кислоты SO₃ в цементе по весу. [

3] Гипсовая добавка замедляет образование гидроалюмината кальция и каркас гидратированного цементного теста формируется за счёт гидросиликата кальция. [11]

Гидратация цемента в период схватывания характеризуется выделением теплоты: в начале схватывания происходит быстрый подъём температуры, а в конце схватывания наблюдается температурный максимум. Скорость схватывания находится в зависимости от температуры окружающей среды. При низких температурах схватывание замедляется. При повышении температуры скорость схватывания увеличивается, однако при значениях температуры выше 30 °C может наблюдаться обратный эффект. [11]

Для полной гидратации цементного зерна необходимо количество воды, составляющее 40 % от его массы. При этом из указанного количества воды 60 % (или 25 % от массы цемента) будут химически связаны с цементом, а 40 % (или 15 % от массы цемента) останутся в порах геля. [12] Средняя величина удельного веса продуктов гидратации в насыщенном водой состоянии составляет 2,16. [13] Та часть воды (25 % от массы цемента), которая вступает в химическую реакцию с цементом, претерпевает объёмную контракцию (сжатие) в процессе реакции, составляющую примерно 25 % от её объёма. В итоге образующийся цементный камень частично уменьшается в объёме. Этот процесс называется усадкой, а величина уменьшения объёма — объёмом усадки. [12]

При полной гидратации цементного клея объём пор будет составлять примерно 28 [15] —30 [12] % от объёма образующейся структуры геля. При этом величина пористости геля в основном не зависит от водоцементного отношения смеси и степени гидратации, а является характерным показателем для марки цемента. [16] Размер гелевых пор составляет примерно 1,5—2 [15] (1—3 [17] ) нм в диаметре. [

4] Часть общего объёма цементного теста, которая не заполнена продуктами гидратации, образует взаимосвязанную систему капиллярных пор, беспорядочно распределённых по всему цементному камню. Капиллярная пористость цементного камня находится в прямой зависимости от водоцементного отношения смеси и в обратной зависимости от степени гидратации. Чем больше величина водоцементного отношения, тем больше капиллярных пор. В то же время по мере роста степени гидратации цемента будет уменьшаться объём капиллярных пор. Размер капиллярных пор составляет примерно 1,27 мкм. [19]

Структурно продукты гидратаци представляет собой гель, а сам процесс гидратации классифицируется как гелеобразование. [5] В процессе гидратации значительно увеличивается площадь поверхности твёрдой фазы цементного геля, что влечёт за собой повышение адсорбции свободной воды. При этом сохраняется расход воды в реакциях гидратации. Следствием этих двух процессов становится самовысушивание — явление уменьшения относительной влажности в цементном тесте. Самовысушивание снижает степень гидратации, поэтому для нормального протекания процессов твердения цементного теста необходимо поддерживать уровень влажности, как одно из условий нормального набора прочности. Процесс самовысушивания также компенсируется избытком воды при затворении цементной смеси (при значениях водоцементного отношения 0,5 и более). [20]

Схватывание и твердение цемента: что нужно знать

Приобретение цементом заявленных характеристик состоит из 2 этапов, которые называются схватывание и твердение. Начало схватывания цемента, по регламенту, должно наступать не ранее, чем через 45 минут после затворения. Процессам схватывания и затвердевания на стройке должно уделяться немалое внимание, так как ошибки могут привести к низкой итоговой прочности, утере клеящей способности цементного теста.

Если вас интересует цемент, и вы хотели бы его купить, обрастите внимание на услуги компании cementm500.su . В каталоге вы найдете большой выбор строительных материалов по выгодной цене. Цемент поставляется в различной фасовке, в широком ценовом диапазоне.

Для чего нужно знать процессы схватывания и твердения цемента

Цемент начинает затвердевать, когда вступает во взаимодействие с водой. Понимание процессов его схватывания и твердения позволяет производить эффективные добавки с повышенными эксплуатационными характеристиками без отрицательного влияния на эти процессы.

Основные, неизменные компоненты цемента – клинкер и гипс. Чтобы добавить готовому материалу различные, полезные в строительстве свойства, производители используют добавки. Так, например, при использовании добавок, ускоряющих набор прочности, сокращаются энергетические затраты на пропаривание железобетонных конструкции. Добавление пластификаторов уменьшает затраты на вибрирование. Также можно увеличить оборачиваемость формоснатски, опалубки, и в целом применение добавок крайне выгодно, экономит сырье, снижает стоимость продукта.

Как происходит схватывание цемента

Первая, короткая стадия. Сроки схватывания цемента зависят от температуры воздуха: чем она выше, тем быстрее протекают процессы:

• комнатная температура – занимает 2-3 часа, начинается через 2 часа;
• минусовая температура – занимает 15-20 часов;
• высокая температура (в камере пропаривания) – занимает 15-20 минут.

Кроме того, цемент делится на разновидности по времени схватывания. Так, начало схватывания медленного цемента наступает спустя 2 часа, среднего – от 45 минут до 2 часов, и быстрого – спустя 45 минут. Даже при неблагоприятных условиях, максимальное время схватывания цемента составляет 24 часа.

Как происходит твердение цемента

Второй, долгий этап, который наступает сразу, как закончилось схватывание. Время твердения цемента – годы. Несмотря на то, что внешне поверхность выглядит твердой и прочной, должно пройти несколько лет, чтобы цемент достиг максимально возможных показателей прочности. Важно учитывать, что набор твердости – не линейный процесс. Сначала, в первые дни и недели, скорость твердения цемента выше, а с течением времени замедляется. Причина такого явления – минералы, входящие в состав цемента. Именно они обладают свойством накапливать прочность. Чтобы цемент достиг прочности, заявленной его маркой, отводится 28 дней, однако после этого срока показатели продолжают увеличиваться.

Как происходит процесс затвердевания бетона

В своей самой простой форме бетон — это смесь пасты и наполнителей. Паста, сделанная из портланд-цемента и воды, покрывает поверхность наполнителя. Во время химической реакции под названием «гидратация», паста затвердевает и «набирает силу», формируя камнеподобный материал, известный как бетон.

В этом процессе и заключается отличительная особенность бетона: он пластичен и гибок, когда только что смешан, и надежен и прочен после затвердевания. Это объясняет, почему из одного материала — бетона — строят небоскребы, мосты, тротуары, суперхайвеи, дома и дамбы.

Пропорции материалов в бетоне

Ключ к изготовлению надежного, крепкого бетона — тщательный подбор пропорций и смешивание материала. Смесь, в которой недостаточно пасты, чтобы заполнить всю пустоту между частицами наполнителя, будет трудно размещать, она даст неровные поверхности и пористый бетон. Смесь с переизбытком цемента размещать будет легко, а ее поверхность будет гладкой; однако в результате бетон не оправдает свою стоимость и будет легко трескаться.

Химия портланд-цемента начинает действовать в присутствии воды. Цемент и вода формируют пасту, покрывающую каждую частицу наполнителей — камней и песка. В результате бетон затвердевает и становится крепче.

Качество пасты определяет характеристики бетона. Прочность пасты, в свою очередь, зависит от отношения воды к цементу. Оно рассчитывается делением веса воды на вес цемента. Для получения хорошего бетона нужно понизить это отношение насколько возможно, не жертвуя при этом «работоспособностью» свежего бетона, позволяющей ему должным образом размещаться, схватываться и выравниваться.

Подобранная как следует смесь обладает желаемой гибкостью в свежем виде и надежностью в затвердевшем. Обычно смесь состоит из 15% цемента, 60-75% наполнителей и 15-20% воды. Также она может содержать 5-8% воздуха.

Другие ингредиенты

Почти любая природная питьевая вода без ярко выраженного вкуса и запаха может использоваться как компонент для бетона. Излишние примеси не только могут повлиять на время схватывания и прочность бетона, но и привести к изменению его цвета, пятнам, коррозии арматуры, нестабильности объема и уменьшению прочности. В требованиях к бетонным смесям также установлены ограничения на хлориды, сульфаты, алкалиды и твердые частицы в воде для тех случаев, когда определить влияние примесей на бетон невозможно с помощью тестов.

Хотя почти любая питьевая вода подходит для бетонных смесей, наполнители выбирают очень тщательно. Они составляют 60-70% общего объема бетона. Тип и размер используемых наполнителей зависит от плотности и цели конечной бетонной продукции.

Процесс гидратации бетона

Вскоре после того, как наполнители, вода и цемент соединяются, смесь начинает затвердевать. Все портланд-цементы — гидравлические. Они затвердевают благодаря гидратации — химической реакции с водой. При этой реакции на поверхности каждой частицы цемента формируется узел. Он растет и расширяется, пока не связывается с узлами других цементных частиц или близлежащим куском наполнителя.

Когда бетон тщательно перемешан и готов к использованию, его нужно поместить туда, где смесь затвердеет.

При размещении бетон закрепляют, чтобы лучше заполнить форму и чтобы избавиться от потенциальных недостатков, таких, как «соты» и «воздушные карманы».

Для брусков бетон оставляют до тех пор, пока влажная пленка на поверхности исчезнет, после чего его выравнивают специальным деревянным или металлическим «поплавком». Это дает относительно гладкую, но слегка шершавую текстуру, которая не скользит и зачастую является конечной стадией для строительного бетонного бруса. Если же требуется совсем гладкая, твердая, плотная поверхность, после этого его разглаживают стальным мастерком.

Уход за бетоном нужно начинать, когда поверхность достаточно затвердела, чтобы сопротивляться повреждениям. Он помогает убедиться, что гидратация продолжается и цемент все еще набирает силу. Бетонные поверхности обрызгивают водой или используют влагосохраняющие ткани, такие как брезент или хлопок. Другие методы ухода предотвращают испарение воды, запечатывая поверхность пластиковыми или другими специальными спреями, называемыми «смеси для ухода».

Специальные технологии ухода используются при экстремально жаркой или холодной погоде, чтобы защитить бетон. Чем дольше он остается влажным, тем сильнее и прочнее он станет. Время затвердевания зависит от состава и однородности цемента, пропорций смешивания и температурных условий. В основном, гидратация и затвердевание бетона происходит в первый месяц жизненного цикла бетона, но он продолжает гидрироваться на протяжении многих лет, хоть и медленнее.