книги из ГПНТБ / Миронов С.А. Бетоны, твердеющие на морозе

диментации расположены значительно ближе друг к другу, чем в период затворения и перемешивания. Поскольку о'т- щепляемые продукты окаймляют зерна, их размеры как бы

дратации и адсорбированные слои воды. Однако в резуль­ тате образования контактов между продуктами гидратации

3 0

зерен в период схватывания прочность заметно не увели­ чивается.

Следует отметить, что истиннЬій конец схватывания, фик­ сируемый по тепловыделению, электросопротивлению и нарастанию пластической прочности, наступает несколько позднее момента, который определяется по Вика [87].

На рис. 3.3 представлена схема кинетики и взаимной свя­ зи между насыщением жидкой фазы гидроокисью кальция, изменением температуры и электросопротивления цемент­ ного теста, а также нарастанием пластической прочности в сопоставлении со сроками схватывания цемента, опреде­

чки на кривых температуры, электросопротивления и плас­ тической прочности.

Период схватывания характеризует процесс формирова­ ния структуры и начала твердения цемента как с физиче­ ской (переход пластичного материала в упруго-пластичное

Формированию плотной структуры цементного камня спо­

клинкера максимально сближаются. Вследствие этого все факторы, способствующие завершению процесса седимен­ тации, обусловливают получение плотной структуры.

Рис. 13. Кривые изменения концент­ рации СаО в жидкой фазе (1), тепло­ выделения ( 2 ), электросопротивления

(3) и нарастания пластической проч­ ности (ф) цементного теста в на­ чальный период (Н. С. - начало схва­ тывания; К. С. - конец схватывания; И.К.С. - истинный конец схватывания)

3 1

Продолжительность начального периода зависит от фак­

при одном и том же В/Ц с понижением температуры (но не ниже О С) процесс седиментации оказывается более за­ вершенным. Из этого следует, что понижение температурь до начала схватывания способствует формированию наибо­ лее плотной структуры.

Поскольку скорость гидратации зависит от тонкости по­

рость процесса седиментации и уменьшается длительность

ного цементного камня, с другой, - нужный темп тверде - ния.

Гипс, вводящийся для регулирования сроков схватыва­ ния цемента, удлиняет начальный период, способствуя тем самым более полному протеканию процесса седиментации и формированию плотной структуры. При этом двуводный гипс (C aSO ^^H ^O ), введенный сверх оптимального коли­

Однако присутствие гипса в активной форме (полугидрата

клинкера) может оказать заметное влияние на формирова­ ние структуры. Активный гипс, гидратируясь до двугидра-

3 2

схватывания" считается схватывание избыточного количе­ ства гипса [73] .

Образующиеся при этом кристаллы двугидрата, соприка­ саясь с зернами клинкера, фиксируют их положение в тес­ те при далекр еще не завершенном процессе седиментации.

окись алюминия, переходящая в раствор, не связывается в гидросульфоалюминат кальция, цемент быстро схватывает­ ся, а значит из-за сокращения начального периода форми­

при введении оптимального количества гипса цемент схва­ тывается, главным образом, благодаря наличию продуктов

При достаточном количестве гипса роль алюминийсодер­ жащих минералов в процессе схватывания цемента второ-

Быстрое схватывание цемента при отсутствии или недо­ статочном содержании гипса объясняют и другими при­ чинами [22, 73].

3 3

3 Ш67

"рыхлая" структура, поскольку с увеличением количества этих минералов сокращается продолжительность начально­

больше, чем гидросиликаты, так и за счет более быстрой гидратации этих минералов в ранние сроки. Кроме того, об­ разующийся на поверхности зерна гидросульфоаліоминат кальция может перекристаллизовываться в крупные крис­ таллы и подобно кристаллам гипса при "ложном схватыва­ нии" стабилизировать зерна на значительном расстоянии друг от друга.

Несмотря на небольшую прочность, достигаемую в пе­ риод схватывания, этот период оказывает большое влияние на свойства цементного камня. Именно в течение этого периода, а вернее уже к моменту начала схватывания, фор­ мируется основа будущей структуры - фиксированное рас­ положение зерен в пространстве. Этим в дальнейшем оп­ ределяются плотность цементного камня и система его пор и капилляров, если только внешние факторы (механические

лочки) контактируют не все зерна клинкера. Основная их поверхность отделена друг от друга слоями адсорбционной

При гидратации цемента объем твердой фазы увеличива­

превышает объем исходного цемента в среднем в 2,2 раза

3 4

шиеся продукты имеют большую плотность, чем суммарная плотность реагирующих веществ. Продукты реакции имеют более упорядоченную кристаллическую структуру, чем соб­ ственно и объясняется сама гидратация, являющаяся ре­ зультатом перехода неустойчивой системы (вяжущее + во­ да) в устойчивую (гидратные продукты).

Уменьшение абсолютного объема реагирующей системы, получившее название контракции (стяжения), естественно, тем больше, чем больше гидравлическая активность вяжу­ щего, На каждые 10 0 кг обычного портландцемента объем

ратации не участвует в формировании прочности, по край­ ней мере в период их образования. Вследствие этого про­ цессы, характеризующие скорость гидратации ( связывание воды, тепловыделение и др.), не могут полностью харак­

все количество образующихся продуктов уменьшает порис­ тость цементного камня, в связи с чем скорость гидрата­ ции является прямой характеристикой повышения плотнос­ ти структуры.

Микроскопические и электронно-микроскопические ис­ следования показывают, что затвердевший камень состоит главным образом из коллоидных ( микрокристаллических ) гидратных новообразований в основном гидросиликата кальция, кристаллов гидрата окиси кальция, гидроалюминатов, сульфоалюминатов и непрогидратированных зерен клинкера. По аналогии с обычным бетоном, В. Н. Юнг об­ разно назвал цементный камень "микробетоном", где вка-

3 5

чествѳ "крупного заполнителя" выступают непрореагировав­ шие остатки зерен клинкера, "песка" - кристаллические но­

156] считают, что прочность цементного камня возникает

ционных) сил, обычно называемых силами Ван-дер-Вааль- са, и сил химической связй (валентных сил) [15, 38 111] Размеры кристаллических продуктов гидратации цемента в сотни раз больше микрокристаллов гидросиликата каль­ ция, поэтому гелеобразная и кристаллическая фазы, безу­ словно, оказывают свое влияние на процесс формирования

структуры и роста прочности.

На ранних стадиях твердения, когда количество гидроси­ ликата еще мало, кристаллы гидроокиси, сульфоалюмината и гидроалюминатов кальция за счет контактирования с ге­

щаяся связь между кристаллической и гелеобразной фаза­ ми слаба и обусловлена только адсорбционными силами, все же развитие большого количества таких контактов при­ водит к росту прочности в ранний период твердения [43] .

По мере дальнейшей гидратации образуется большое ко­ личество гидросиликата, микрокристаллы которого созда­ ют более прочные связи из-за большой поверхности взаи­

3 6

модействия. На этом этапе кристаллические фазы препят­ ствуют возникновению таких связей. Вследствие образо­ вания все больших количеств микрокристаллов гидросили­ ката кальция и как бы роста в связи с этим исходных зе­ рен, в межзерновом пространстве происходит перекристал­ лизация кристаллических фаз с перемещением их в раз­ личные пустоты и капилляры. Согласно микроскопическим исследованиям, именно в пустотах и капиллярах обычно находится основное количество гидроокиси и гидросульфо­ алюмината кальция.

Скорость твердения цемента, т. е. скорость нарастания

Исходя из прочностных показателей индивидуальных клин­ керных минералов (табл.' 3) можно сделать вывод, что для получения цементного камня высокой прочности наиболее предпочтительными минералами являются С^5 и С^АГ.Та­ ким образом, если бы минералы клинкера твердели изоли­

благоприятная структура цементного камня. В результате

шении содержания С 6 в портландцементном клинкере свы­ ше 6 0 - 70% активность цемента не увеличивается , а уменьшается [б 3].

Кроме того, при помоле клинкера вводят гипс, который взаимодействует с минералами С^А и С^АГ , образуя гид­ росульфоалюминаты кальция, обладающие уже другими свойствами, в том числе и прочностью, чем продукты гид­ ратации чистых минералов (рис. 1 4 ). Получение же клин­ кера из двух минералов (CJ5 и С^АГ) в производственных

3 7

3 8

чают портландцементный клинкер, состоящий из четырех

полученный из одного и того же клинкера, может твердеть с различной скоростью в зависимости от содержания в нем частиц различного размера. В частности, из одного и того же клинкера помолом до одной и той же удельной поверх­

3 9