В.А.Кинд и В.Ф.Журавлев впервые (первая половина ХХ века) показали, что вяжущие вещества – это большой класс соединений, в которых свойство «вязать» проявляется периодически, в согласии с периодической системой элементов Д.И.Менделеева.
Исследования ученых привели к выводу о том, что особенность проявлять вяжущие свойства, помимо соединений кальция, находящегося в четвертом ряду второй группы периодической системы, отмечается также у соединений стронция (шестой ряд), бария (восьмой ряд), то есть у элементов четных рядов таблицы Д.И.Менделеева. Исходя из этого, особенность отвердевать связывалась с большими размерами ионного радиуса, который для вышеназванных элементов соответственно составляет 0,106; 0,127; 0,143 нм (у иона магния ионный радиус равен всего лишь 0,037 нм.
Считалось также, что увеличение радиуса иона приводит к изменению типа кристаллической решетки и что это, со своей стороны, влияет на способность соединений проявлять вяжущие свойства.
Н.А.Мощанский, развивая идеи В.Ф.Журавлева, представил следующую периодичность проявления вяжущих свойств алюминатами, силикатами, фосфатами и сульфатами элементов второй группы периодической системы Д.И.Менделеева
Вяжущие свойства были обнаружены не только у соединений, в состав которых входят оксиды SiO2, Al2O3, Fe2O3, но и у соединений, близких к ним по свойствам, которые содержат оксиды GeO2, Cr2O3, TiO2, Mn2O3, SnO2 (табл.5).
Таблица 5
Периодичность проявления вяжущих свойств в ряде химических соединений
| Рядсистемы | Оксидыэлементов II группы | О к с и ды | |||||||
| Al2O3 | SiO2 | Fe2O3 | Cr2O3 | Mn2O3 | GeO2 | SnO2 | TiO2 | ||
| BeO | +) | +) | - | - | - | - | - | - | |
| MgO | +) | +) | - | - | - | - | - | - | |
| CaO | + | + | + | + | + | + | + | + | |
| ZnO | +) | +) | +) | +) | +) | - | - | - | |
| SrO | + | + | + | +) | +) | +) | + | + | |
| CdO | - | - | - | - | - | - | - | - | |
| BaO | + | + | + | + | + | + | + | + |
Обозначения:«+» система проявляет вяжущиесвойства;
«-» система не проявляет вяжущиесвойства;
+) проявление вяжущих свойствпредполагается
просматривается явная связь проявления вяжущих свойств различными химическими соединениями в зависимости от расположения катионов элементов II группы периодической системы в четных рядах и отсутствие таковой для соединений с катионами элементов нечетных рядов. Однако необходимо отметить, что такая закономерность проявляется только при обычных температурах, атмосферном давлении и при затворениипорошка водой.
Н.А.Мощанским высказана мысль о том, что на проявление вяжущих свойств влияют и другие характеристики, такие как заряд иона (Z), его электроотрицательность, значение ионного потенциала Р (Р= Z/r, где r – радиусиона).
Условия проявления вяжущих свойств в фосфатных соединениях
| Оксид | Значение Р=Z/r | Условияпроявления вяжущихсвойств |
| SiO2, TiO2, Al2O3, MnO2, Cr2O3, Co2O3, SnO2, PbO2 | 50-100 | Требуется активизация процесса взаимодействия (нагрев, модифицирование анионногосостава затворителя) |
| Fe2O3, Mn2O3, NiO, CdO, FeO, CuO | 25-45 | Нормальное твердение пари обычных условиях |
| La2)3, MgO, ZnO | 20-30 | Требуется пассивация процесса взаимодействия (отвод теплоты, предварительная нейтрализация затворителя) |
| CaO, SrO, BaO, PbO | 14-20 | Требуются очень эффективные меры пассивации (сильное охлаждение и др.) |
Согласно приведенным данным с уменьшением ионного потенциала, то естьс повышением основных свойствоксидов,наблюдается переход от
систем, твердеющих в условиях, требующих стимулирования процесса взаимодействия «порошок-жидкость затворения», к системам, которые проявляют вяжущие свойства только при условии пассивации химической реакции.
В настоящее время считается доказанным, что у активно твердеющих минералов цементного клинкера (алит, белит) такие промежутки (вакансии) имеются, а у соединений, которые в обычных условиях являются инертными, таких как g С2S, bCS, C2AS, их необнаружено.
Проявление вяжущих свойств различными соединениями цементного клинкера в обычных условиях
| Название минерала | Обозначение | Проявление вяжущихсвойств |
| 3-х-кальциевый силикат (алит) | С3S | проявляет |
| b -2-х-кальциевый силикат (белит) | bС2S | проявляет |
| g-2-х-кальциевый силикат | gС2S | непроявляет |
| Метасиликат | CS | непроявляет |
| 2-х-кальциевый алюмосиликат | C2AS | непроявляет |
| 3-х-кальциевый алюминат | C3A | проявляет |
| Алюминаткальция | C12A7 | проявляет |
| Алюмоферриткальция | C4AF | проявляет |
предложено подразделять вяжущие вещества в соответствии с электронными конфигурациями определяющих катионов на s-, p-, d- - цементы. Именно принадлежность определяющего катиона к семейству элементов в таблице Д.И.Менделеева затрагивает значение главных и орбитальных квантовых чисел, которые дают информацию о величине энергии орбиталей катиона, о доли направленной составляющей (ковалентности) связи и, в известном приближении, о степени возможной полимерности по катиону структуры образующейся фазы.
Таким образом, современное разделение на s-, p-, d- - цементыпозволяет вести прогноз свойств материалов – прочности, пластичности, химической стойкости в реальных условиях окружающей среды по той же закономерности, по которой периодический закон рассматривает изменение свойств в направлении s-, p-, d- -элементов.