Почему цемент затвердевает?

Почему цемент затвердевает?

Цемент — один из наиболее распространенных материалов в современном строительстве. Сам по себе он мелкий порошок. Но если его смешать с водой и дать затвердеть, он вместе с песком и гравием превращается в твердое, прочное вещест­во.

Цемент — главное составляющее вещество строительного раствора и бетона. Строительный раствор — это смесь цемента, песка и воды. Бе­тон — это та же самая смесь, но с добавлением гравия или измельченного камня.

Современный цемент производится путем на­гревания известняка и глины или шлака до очень высокой температуры. Эта смесь нагревается до тех пор, пока не образовываются большие, спек­шиеся куски. Их называют клинкерами. Клинке­ры размалывают затем в порошок.

Когда вода добавляется к цементному порош­ку, происходят сложные химические реакции. В результате образуется стойкий искусственный ка­мень, нерастворимый в воде.

Какие это химические реакции? Что происхо­дит, чтобы цемент затвердел?
У химиков нет точного ответа на этот вопрос. В состав цемента входит четыре компонента. Счи­тают, что каждый из этих компонентов при до­бавлении воды превращается в кристаллы. Эти кристаллы сцепляются между собой, и цемент затвердевает.
Вид цемента, который затвердевает под водой, называется гидравлическим цементом. Удивитель­но то, что римляне открыли процесс получения гидравлического цемента в III—II веке до н. э. Они делали такой цемент путем смешивания вулканического пепла с известью. Это открытие бы­ло одним из выдающихся достижений римлян.

Происходит реакция гидратации (присоединения воды) минералами портландцементного клинкера.
Есть и другие цементы - но все равно гидратация.
В первом приближении формулы приводить не буду, там своя специфика, отличающаяся от школьного курса.
Воды на твердение идет где-то 7-9% от массы цемента, остальная вода - только на придание пластичности бетона (раствора) .

Поэтому, кстати бетон от высушивания часто закрывают или посыпают опилками.

Химическая формула Сокращенная запись Наименование Реакция гидратации
3CaO-SiO2 C3S Алит 2(3CaOSi02)+7H20->3CaO2Si02-4H20+ +ЗСа (ОН) 2
2CaO-SiO2 C2S Белит 2(2CaO-Si02)+5H20->3CaO-2Si02-4H20+Ca(OH)2
ЗСаО-А12О3 С3А 3-х кальциевый алюминат При t < 80 °С 1)2(ЗСа0-А120з) +21Н20^4Са0-А1203-13Н20+ +2СаОА12О3-8Н2О 2) 4СаО А12О3-1 ЗН2О+2СаОА12О3-8Н2О-> 2(ЗСаОА12О3-6Н2О) При t>80 °C образуется непосредственно ЗСаОА12О3-6Н2О
4СаО-А12О3-Fe2O3 C4AF 4-х кальциевый алюмоферрит При реакциях C4AF образуются аморфные продукты
Общая схема процесса твердения цемента состоит из следующих этапов:

1. Растворение вяжущего.
2. Возникновение зародышей гидрата.
3. Рост кристаллов гидрата.
4. Образование коагуляционной структуры.
5. Образование кристаллизационной структуры.
Минерал СзА вследствие высокой скорости гидратации ответственен за «ложное» схватывание. Для избежания этого в цемент добавляют гипс.
Взаимодействие С3А с гипсом при низких концентрациях CaSO4 (менее 0,004 г/л) протекает в две стадии:
ЗСаО • Al2O3+3CaSO4 ¦ 2Н2О+29Н2О->
->ЗСаО • А12О3 • 3CaSO4 • 31Н2О (эттрингит) ;
ЗСаО • А12О3 • 3CaSO4 ¦ 31Н2О+2(ЗСаО • А12О3)+5Н2О-> ->3(ЗСаО • А12О3 • CaSO4 • 12Н2О) .
Если же концентрация более высокая, то образуется преимущественно эттрингит. Эттрингит устойчив при концентрации CaSO4 более 14,6 мг/л, повышенных температурах и давлении водяного пара 15,5 мм рт. ст.
При протекании гидратационных процессов в цементе выделяется значительное количество теплоты, в основном на начальной стадии гидратации

Формула такая вот .

Химический состав такой

Если просто: растворимость в воде исходных составляющих ПЦ в несколько раз больше чем растворимость полученных при гидротации (соединеннии с водой) из-за этого полученные вещества выпадают в осадок и кристаллизируются, образуя цементный камень.

Його створили для того!