127

3.3.2. Czynniki wyznaczające efekt cieplny hydratacji

Kilka czynników związanych z hydratyzującym materiałem i warunkami prowadzenia hydratacji wpływa na ilość wydzielonego ciepła i na szybkość wydzielania ciepła:

-    skład mineralny klinkieru, akty wność jego składników, zawartość gipsu;

-    rodzaj i zawartość składników mineralnych w cemencie;

-    powierzchnia właściwa, W/C, domieszki chemiczne wprowadzone do wody;

-    temperatura dojrzewania.

Wpływ dodatków mineralnych, domieszek chemicznych i powierzchni właściwej ilustrują przykładowe zestawienia krzywych mikrokalorymetrycznych, zamieszczone w części ilustracyjnej rozdziału.

W każdym cemencie obecnych jest co najmniej pięć składników mineralnych (faz); są to cztery minerały klinkierowe i gips.

Większość cementów powszechnego użytku zawiera dodatki mineralne, najczęściej granulowane żużle wielkopiecowe lub popioły. W cemencie mogą być też obecne inne materiały pucolanowe, kamień wapienny lub mikrokrzemionka. Całkowity efekt cieplny jest wypadkową efektów związanych z hydratacją poszczególnych faz cementu.

O wartości ciepła twardnienia decyduje ciepło hydratacji alitu - dominującego składnika cementów (o dość dużym cieple uwodnienia ok. 500 J/g) i ciepło hydratacji glinianu trójwapniowego, którego zawartości nie przekraczają kilkunastu procent, ale który, uwadniając się, wydziela blisko 900 J/g. Ciepło hydratacji belitu i glinożelazianu wapniowego kształtuje się na poziomie odpowiednio ok. 250 J/g i 400 J/g.

W procesie hydratacji dominującą rolę odgrywają reakcje krzemianów wapniowych z wodą (C₃S + CjS > 70%), których produkty są odpowiedzialne za narastanie wytrzymałości.

C₃S+ H —> CH +C-S-H    (szybko; dużo CH)

C₂S + H —» CH + C-S-H    (powoli; mało CH)

Fazy: glinianowa i glinożelazianowa wpływają na początkowy proces wiązania i na trwałość materiału; ich udział w narastaniu wytrzymałości jest niewielki. Produkty hydratacji fazy glinożelazianowej z gipsem - odpowiedniki ettringitu i monosiarczanoglinianu wapniowego - oznaczane są jako fazy AFt i AFm (oznaczenie to stosuje się, gdy rozpatrujemy łącznie produkty hydratacji obydwu faz niekrzemianowych z gipsem).

Początkowo: (C₃A + C₄AF) - hydratacja w obecności gipsu —» AFt AFt - trójsiarczanoglinianożelazian wapniowy

Później:    (C3A + C4AF) - hydratacja w obecności gipsu —> Afm

AFm - monosiarczanoglinianożelazian wapniowy

Wodorotlenek wapniowy tworzący się podczas hydratacji krzemianów wapniowych zajmuje około 20% przestrzeni w zaczynie sporządzonym z „czystego” cementu bez dodatków. W obecności dodatków mineralnych ma miejsce tzw. reakcja pucolanowa, tzn. reakcja pomiędzy wodorotlenkiem wapniowym, pochodzącym z hydrolizy faz krzemianowych cementu, a szkliwem żużlowym, popiołowym, aktywną krzemionką lub zdehydratyzowanym materiałem ilastym, np. z łupków, prażonych glin itd., w wyniku której tworzy się faza C-S-H. W cemen-

127