2.8. Структурные изменения гидратов

Кондо [1] указал на влияние степени гидратации на состав гидратов, и на то, что отношение C/S возрастает с увеличением степени гидратации. В нескольких отчетах, посвященных влиянию температуры на состав продуктов реакции [14] и отношение C/S можно увидеть возрастание показателей с увеличением температуры [15]. Это феномен частично поддерживается обоснованностью снижения коэффициента эффективной диффузии воды в цементном геле D_e с увеличением степени гидратации при высоких температурах обработки, на ряду с этим Томосава первоначально смоделировал тенденцию снижения коэффициента эффективной диффузии как функцию от степени гидратации [3]. В предложенной вычислительной модели для материалов на основе цемента учтены эти тенденции и выражены феноменальным выражением (21):

Формула (21)

3. Определение параметров модели

В предыдущих главах были рассмотрены с качественной стороны некоторые особенности характеристик и относительное влияние нескольких соотношения детерминирующих/определяющих факторов вычислительной модели для материалов на основе цемента. В данной главе рассматривается количественные значения параметров из формул (4, 5, 6, 14, 17, 18, 19, 20)

Для определения параметров модели, степени гидратации цементного теста использовался анализ Ритвильда, точность которого рассмотрена в источнике [16]. В эксперименте использовались два типа цементов (nc и lc) с В/Ц 0,35 и 0,5, и условия тепловой обработки при 283, 293 и 313 К. Химический и минеральный составы цементов, коэффициенты для функции Розина Рамлера, определяемые испытанием на распределение частиц при помочи рассеивания рентгеновских лучей приведены в Таблицах 3 и 4.

Последовательность приготовления образцов: смешение компонентов, тепловая обработка при указной температуре до достижения указанного возраста. Образцы вытачиваются до необходимых размеров алмазным резаком. Затем, наконец, образцы измельчаются с ацетоном с помощью шаровой мельницы. После отделения порошка от ацетона, образец высушивают приблизительно две недели в среде с 15% относительной влажностью, чтобы получить прогидротировавший образец на анализ. Рентгеновское излучение было получено в следующих условиях:

Источник рентгеновских лучей: медный катод;

Напряжение в трубке: 50 кВ;

Сила тока в трубке: 250мА;

Область сканирования: 2θ от 5 до 65 ˚;

Интервал/шаг: 0,02˚;

Скорость сканирования: 2 ˚/мин.

Для обработки результатов анализа Ритвильда было использовано программное обеспечение the TOPAS от корпорации Bruker AXS. Объектами количественного анализа являлись цементные минералы и гидраты, такие как C₃S, C₂S, кубическая модификация С₃А, орторомбическая модификация С₃А (цельный С₃А ), C₄AF, MgO, свободный СаО, CaCO₃, CaSO₄·2H₂O, CaSO₄·0.5H₂O, Ca(OH)₂, C₃A·3CaSO₄·32H₂O, C₃A·3CaSO₄·12H₂O, C₃A·3CaCO₃·32H₂O (монокарбонат), С₃A·0.5CaCO₃·0.5Ca(OH)₂·12H₂O (гемикарбонат), а также 10 % по массе α-Al₂O₃, смешанного с образцами на анализ по внутреннему стандарту.

Параметры кристаллической системы, пространственной группы и кристаллической структуры каждого минерала предположительно являются аналогичными минералам, описанным в источнике [17]. В данном исследовании, все аморфные составляющие предположительно являются C-S-H и вычисляются по формуле (22) исходя из количественного объема Al₂O₃по внутреннемустандарту [18].

Формула (22)

Где А – пропорция аморфной субстанции, %;

S – доля Al₂O₃, %;

S_R – количественный объем Al₂O₃, %.

Таблица 3. химический состав цемента и коэффициенты для распределения частиц по размеру

Вид цемента	Потеря при прокаливании, %	Химический состав, %								Коэф. Для функции Розина Рамлера
Вид цемента	Потеря при прокаливании, %	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	SO₃	Na₂O	K₂O	b	n
NC	2.4	20.2	5.39	3.04	64.6	0.92	1.91	0.30	0.31	0.035	1.15
LC	0.87	26.5	2.65	2.95	63.2	0.72	2.18	0.19	0.34	0.040	1.25

Таблица 4. минеральный состав цемента и другие физические свойства

Тип цемента	Плотность, г/см³	Удельная поверхность, см²/г	Состав по Боггу				Анализ Ритвильда
Тип цемента	Плотность, г/см³	Удельная поверхность, см²/г	C₃S	C₂S	C₃A	C₄AF	C₃S	C₂S	C₃A	C₄AF
NC	3,16	3300	63,3	10,3	9,1	9,2	58,6	17,2	7	9,9
LC	3,22	3430	27,3	55,5	2	9	30,6	54,6	0,8	8,2

Результаты эксперимента степени гидратации каждой составляющей цемента NC и LC представлены на Рисунках 2 и 3. чтобы упорядочить результаты эксперимента, определены параметры вычислительной модели для материалов на основе цемента. Перечень варьирования параметров представлен в Таблице 5.

При проведении эксперимента были получены следующие результаты. При наивысшей температуре, а именно при температуре обработки 313 К, реакция гидратации С₃А имеет линейных характер степени гидратации примерно равны 0,7. В то время как, в случае с C₄AF – степень гидратации равна 0,4. после внезапного скачка скорости гидратации, данные минералы продолжают гидратировать медленнее. Это явление не может быть смоделировано с помощью предшествующих теоретических методов, описательные/наглядные модели представлены как *2 и *3 в Таблице 5 и приняты для вычислительной модели для материалов на основе цемента.

Кроме того, скорость гидратации C₂S находится в зависимости от степени гидратации C₃S. Эта взаимосвязь, которая показана на Рисунке 4, также смоделирована с помощью феноменально метода.(*1 в Таблице 5).

Рисунок 2. Степень гидратации C₃, C₂S, C₃A и C₄AF в цементе NC (маркеры), выявленная результате анализа Ритвильда и результаты вычислительно моделирования (линии).

Рисунок 3. Степень гидратации C₃, C₂S, C₃A и C₄AF в цементе LC (маркеры), выявленная результате анализа Ритвильда и результаты вычислительно моделирования (линии).

Таблица 5. Значения параметров модели

Минерал