Ангидритовый цемент является воздушным вяжущим веществом, главная составная часть которого — безводный сернокислый кальций CaSO4 (нерастворимый ангидрит), получаемый путем обжига природного гипсового камня CaSO4·2Н2О, при температуре 600—750°. Для получения ангидритового цемента нерастворимый ангидрит подвергают тонкому перемолу с различными минеральными добавками — катализаторами: бисульфатом или сульфатом натрия в комбинации с медным или железным купоросом, известью или обожженным доломитом, доменным шлаком и т. д.1
Искусственно полученный ангидрит можно заменить природным ангидритом — в естественном его состоянии или после предварительной просушки. Катализаторы вводят и после помола ангидрита, т. е. при затворении цемента.
Процесс твердения ангидритового цемента заключается в гидратации нерастворимого ангидрита с последующей его перекристаллизацией. В присутствии воды и катализатора на поверхности частиц ангидрита образуются неустойчивые сложные гидраты:
Первичный неустойчивый гидрат типа (соль) mCaSO4·nН2О распадается затем по реакции:
Образовавшийся в результате гидратации ангидрита двугидрат кристаллизуется, в ходе чего происходит процесс схватывания и твердения цемента.
Теория твердения ангидритового цемента различает в этом процессе три основных периода:
- 1) образование на поверхности частиц ангидрита комплексной соли, ее распад, растворение ангидрита и его гидратация, причем ее положительный тепловой эффект в значительной степени компенсируется отрицательным тепловым эффектом растворения;
- 2) коллоидообразование (образование геля двуводного гипса) и выделение центров кристаллизации, ускоряющих кристаллизацию гидратированного ангидрита. В этот период, сопровождающийся быстрым выделением тепла, происходит схватывание ангидритового цемента;
- 3) постепенная кристаллизация двуводного гипса (скорость кристаллизации зависит от природы катализатора), в ходе которой тепло выделяется в незначительном количестве. В этот период ангидритовый цемент твердеет.
Показатели преломления, определенные по иммерсионному методу, показали во всех препаратах наличие кристаллов гипса: ? = 1,521, ? = 1,530; углы погасания колебались в пределах от 22 до 35°.
Испытание прочности ангидритового цемента в различные периоды твердения при катализаторах NaHSO4 (0,6%) и CuSO4 (0,8%) дало результаты, приведенные в табл. 1.
Повышение прочности ангидритового цемента в первые часы твердения можно объяснить действием образующегося на поверхности зерен ангидрита неустойчивого сложного гидрата. С течением времени этот гидрат распадается; при этом в период его распада прочность цементного камня понижается. Возрастает же она по мере гидратации ангидрита и перекристаллизации образовавшегося двугидрата.
Затвердевший ангидритовый цемент, будучи высушен и измельчен, а затем затворен водой уже без добавки катализатора, снова схватывался и твердел, но прочность его при этом получалась более низкой. Цемент, имевший в возрасте 28 суток предел прочности при растяжении 40,2 кг/см2, после первой регенерации через тот же промежуток времени приобрел прочность при сжатии 32,3 кг/см2, после третьей — 28 кг/см2, при этом затвердевшие цементные образцы дали усадку.
Когда их выдерживали в течение 3 суток во влажной среде, они присоединяли от 2 до 6% гидратной воды, в течение 3 недель — от 3,5 до 8,5%. ее и через 3 месяца — от 8 до 14%. Таким образом, гидратация частиц ангидрита протекает неполностью.
В этой связи следует отметить, что изделия из затвердевшего ангидритового цемента для повышения их прочности целесообразно выдерживать некоторое время во влажной атмосфере.
Примечания
1. Из гипса, содержащего примесь доломита (например, Ергачского месторождения), после обжига при 800° можно получать ангидритовый цемент без добавки катализатора.
2. И. Я. Голосовкер. Микроструктура ангидритового цемента. Журнал прикладной химии, 24, №1, 1951.