Термодинамическое моделирование гидратации портландцемента с разным содержанием воды

   Гидратация портландцемента в обычных условиях представляет сложную проблему. Детальное описание гидратационных процессов твердения включает в себя проблемы растворения клинкеров, диффузионные процессы, поверхностные явления на зародышах новых фаз, количественный состав твердого вещества и рост продуктов гидратации, пористой структуры, влаги в зависимости от времени твердения и водоцементного отношения. Термодинамическое моделирование гидратации портландцементов в рамках модели Lothenbach позволяет осуществить в значительной мере решение указанных проблем. В программном комплексе GEMs оценивается в равновесных условиях количественное содержание как исходного клинкера, так и продуктов гидратации (цементный камень, портландит и т. д.) в течение длительного времени. В статье представлены результаты моделирования содержания фаз в процессе гидратации портландцемента в программе GEMs в рамках модели B. Lothenbach при отсутствии минеральных добавок calcite, lime, angydrite, gypsum, hemyhydrate, K 2 SO 4 . Водоцементное отношение было выбрано равным 0,3; 0,4 и 0,5. Установлено, что к конечным доминирующим продуктам относятся гель CSHQ сложного состава, portlandite, нерастворимые клинкерные минералы, а также hydrogarnet, monosulfate, влага, распределенная в пористом пространстве, эттрингит отсуствует. Определено, что доля пористого пространства возрастает c увеличением водосодержания и даже после 1250 дней твердения вклад нерастворимых клинкеров составляет 20–25 г среди 150 г гидратированного портландцемента.

1. Lothenbach B., Winnerfeld F. Thermodynamic modelling of the hydration of Portland cement // Journal of Cement and Concrete Research. 2006. V. 36. № 2. P. 209–226.

2. Lothenbach B., Le Saout G., Gallucci E., Scrivener K. Influence of limestone on the hydration of Portland cements // Cement and Concrete Research. 2008. V. 38. P. 848–860.

3. Lothenbach B., Le Saout G., Ben Haha M., Figi R., Wieland E. Hydration of a low-alkali CEM III/B–SiO 2 cement (LAC) // Journal of Cement and Concrete Research. 2012. V. 42. № 2. P. 410−423.

4. Ben Haha M., De Weerdt K., Lothenbach B. Quantification of the degree of reaction of fly ash // Journal of Cement and Concrete Research. 2010. V. 40. № 11. P. 1620−1629.

5. Ben Haha M., Le Saout G., Winnefeld F., Lothenbach B. Influence of activator type on hydration kinetics, hydrate assemblage and microstructural development of alkali activated blast-furnace slags // Journal of Cement and Concrete Research. 2011. V. 41. № 3. P. 301−310.

6. Pelletier-Chaignat L., Winnefeld F., Lothenbach B., Müller C. J. Beneficial use of limestone filler with calcium sulphoaluminate cement // Construction and Building Materials. 2012. V. 26. № 1. P. 619−627.

7. Pelletier-Chaignat L., Winnefeld F., Lothenbach B., Le Saout G., Müller C. J., Famy C. Influence of the calcium sulphate source on the hydration mechanism of Portland cement-calcium sulphoaluminate clinker-calcium sulphate binders // Cement and Concrete Composites. 2011. V. 33. № 5. P. 551−561.

8. Winnefeld F., Lothenbach B. Hydration of calcium sulfoaluminate cements – Experimental findings and thermodynamic modelling // Journal of Cement and Concrete Research. 2010. V. 40. № 8. P. 1239−1247.

9. De Weerdt K., Ben Haha M., Le Saout G., Kjellsen K. O., Justnes H., Lothenbach B. Hydration mechanisms of ternary Portland cements containing limestone powder and fly ash // Journal of Cement and Concrete Research. 2011. V. 41. № 3. P. 279−291.

10. Kunther W., Skibsted J., Lothenbach B. Influence of the Ca/Si ratio of the C–S–H phase on the interaction with sulfate ions and its impact on the ettringite crystallization pressure // Cement and Concrete Research. 2015. V. 69. P. 35−49.

11. Gibbs Energy Minimization Software for Geochemical Modeling. URL: https://gems.web.psi.ch

12. Kulik D. A., Wagner T., Dmytrieva S. V., Kosakowski G., Hingerl F. F., Chudnenko K. V., Berner U. GEM-Selektor geochemical modeling package: revised algorithm and GEMS3K numerical kernel for coupled simulation codes // Computational Geosciences. 2013. V. 17. № 1. P. 1−24.

13. Wagner T., Kulik D. A., Hingerl F. F., Dmytrieva S. V. GEM-Selektor geochemical modeling package: TSolMod library and data interface for multicomponent phase models // Canadian Mineralogist. 2012. V. 50. P. 1173−1195.

14. Matschei T. Thermodynamics of Cement Hydratation. Thesis. Doctor of Philosophy // University of Aberdeen Department of Chemictry. 2007. December. 222 р.

15. Zhuangzhuang Liu, Aimin Sha, Liqun Hu, Yongwei Lu, Wenxiu Jiao, Zheng Tong, Jie Gao. Kinetic and thermodynamic modeling of Portland cement hydration at low temperatures // Journal of Chemical Papers. 2017. V. 71. № 4. P. 741–751.

16. Abzaev Yu. A., Gnyrya A. I., Korobkov S. V., Gauss K. S. Phase analysis of hydrated Portland cement // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 2018. V. 193. 012001.