Hemijska reakcija koja se odvija između cementa i vode poznata je kao hidratacija cementa. Ova reakcija je egzotermne prirode, što znači da se tokom reakcije oslobađa toplota, a razvijena toplota naziva se toplotom hidratacije.
Tipično, cement proizvodi 89-90cal / gm toplote za 7 dana, a 90-100cal / gm za 28 dana. Hidratacija nije trenutni proces i mogu potrajati godine dok potpuna hidratacija čestica cementa ne prođe. U osnovi postoje četiri vrste spojeva u cementu, i to C3A, C4AF, C3S i C2S, popularno poznati kao Bogueovi spojevi, koji učestvuju u hemijskoj reakciji.
Hidratacija ovih spojeva dovodi do stvaranja određenih proizvoda, što zauzvrat dovodi do stvrdnjavanja cementa i, kao rezultat toga, pretvaranja u čvrstu masu.
Glavni proizvodi hidratacije
- Kalcijum-silikat-hidrat
Čim se česticama cementa doda voda, C3S i C2S reagiraju s vodom dajući kalcijum-silikat-hidrat (C-S-H) i kalcijum-hidroksid (Ca (OH) 2).
Hemijska reakcija je prikazana u nastavku:
2C3S + 6H —– C3S2H3 + 3Ca (OH) 2
2C2S + 4H —– C3S2H3 + Ca (OH) 2
Proizvod C-S-H poznat je i pod nazivom Tobermorit gel.
Ne postoji dobro definisan omjer CaO i SiO2. Njegov sastav u hidratiziranom proizvodu kreće se od 50-60%. Ovo je najvažniji od svih proizvoda i odgovoran je za sva dobra svojstva betona, tj. Čvrstoću, trajnost itd.
Utvrđeno je da hidratacija C3S proizvodi manje C-S-H od Ca (OH) 2 u odnosu na hidrataciju C2S. Dalje, kvalitet i gustina C-S-H koje proizvodi C3S inferiorni su u odnosu na C2S.
- Kalcijum hidroksid
Ca (OH) 2 je još jedan proizvod hidratacije C3S i C2S. Čini 20 do 25% očvrsnute zapremine hidratizovane cementne paste. Kalcijum hidroksid pomaže u održavanju pH vrijednosti oko 13 oko armature, koja djeluje kao pasivni zaštitni sloj koji sprečava koroziju armature. To je jedina prednost prisustva kalcijum hidroksida u betonskoj masi.
Dovodi do gubitka trajnosti betona iz sljedeća tri razloga:
Ca (OH) 2 je lako topljiv u vodi i izlužuje se, čineći betonsku masu poroznom, što rezultira niskom čvrstoćom i trajnošću.
Ca (OH) 2 reaguje sa sulfatima prisutnim u vodi ili tlu i stvara CaSO4, koji zauzvrat reagira sa C3A i stvara proizvode veće količine, što stvara pukotine i dovodi do propadanja betona. Ovaj fenomen se naziva i napadom sulfata.
Ca (OH) 2 reagira sa CO2 prisutan u atmosferi i stvara CaCO3. U početku se reakcija ispoljava na površini betona, ali postepeno prodire u masu. Ako je betonska masa malo porozna i smanjuje pH vrijednost pasivnog zaštitnog sloja, to čini armaturu podložnom koroziji. Ova vrsta oštećenja naziva se karbonizacija betona.
Stoga se može vidjeti da je Ca (OH) 2 uglavnom nepoželjan u betonu, ali zbog njegove sposobnosti da zaštiti armaturu, njegova vrijednost ne može se u potpunosti izostaviti.
- Kalcijum aluminatni hidrat
C3A i C4AF su aluminati prisutni u cementu i nakon hidratacije pretvaraju se u kalcijum aluminatni hidrat. C3AH6 i C3FH6 su relativno stabilni spojevi hidratacije C3A i C4AF.
Ovi proizvodi za hidrataciju ne daju betonu nikakvu snagu ili jedinstvena svojstva; umjesto toga, njihovo prisustvo šteti betonu, posebno u slučajevima kada je beton sklon napadu sulfata.
- Etringit
Dobro je poznato da zbog brze hidratacije C3A i C4AF dolazi do brzog stvrdnjavanja cementa, što može dovesti do razvoja pukotina u betonu. Da bi se spriječio ovaj fenomen, tokom proizvodnje cementa dodaje se gips (CaSO4), koji smanjuje topljivost C3A i C4AF i kontroliše ponašanje vezivanja.
Ovaj sulfat iz gipsa reagira sa C3A i C4AF i formira kalcijum aluminat sulfat, poznat u narodu i kao etringit.
Treba imati na umu da ovaj spoj nastaje prije nego što se beton stvrdne, pa zato ova primarna formacija etringita ne dovodi do štetnih efekata na beton. Isti spoj postaje štetan za beton ako nastane nakon očvršćavanja betona.
Ovo je poznato kao odgođena formacija etringita (DEF), što dovodi do razvoja mikropukotina u betonu, čineći ga poroznim i manje trajnim.
