Введение

Во второй половине прошлого столетия сформулировано кардинальное направление развития бетоноведения и технологии бетонов — направленное, согласованное с кинетикой отвердевания цементных систем структурообразование, обеспечивающее получение конечного продукта с заданными свойствами. Однако эту, безусловно прогрессивную, тенденцию, вряд ли можно признать реализованной, учитывая отсутствие и на сегодняшний день ясности в пути (сквозьрастворном, твердофазовом или их симбиозе) преобразования пластичной цементной массы в камень, бетонной смеси в бетон и железобетон.

Используемая на протяжении десятилетий в качестве теоретической основы трехстадийная схема твердения не отражает в должной мере реальный процесс, подтверждением чему является ряд до сих пор не решенных и противоречивых моментов. Предлагается немедленный при соприкосновении реагентов гидролиз силикатной части клинкера с насыщением жидкой среды известью, реальность которого невероятна в условиях отсутствия в индукционной стадии тепловых эффектов. Неясна природа таких давно известных и весьма важных в практическом плане явлений, как скачкообразность структурообразования, пи- лообразность роста прочности, периодичность ее сбросов на поздних этапах. Технологическим совершенством считается предельное превращение массивов цементных зерен в гидратированные соединения, что не подтверждается экспериментом, свидетельствующим об отсутствии распада цементных зерен на мелкие частицы, соответственно, неизменности их «габаритных размеров» при любых температурно-влажностных условиях и сроках твердения.

Дисперсная твердая фаза характеризуется огромной поверхностной энергией, обусловленной спецификой получения портландцемента — быстрым охлаждением расплава, «замораживанием» высокотемпературной структуры продукта. Поверхность каждой цементной частицы имеет «созвездие» энергетически ненасыщенных активных центров — связей ионов кальция. Второй химически-активный компонент — вода, полимолекулярная полярная среда, структурно чувствительная к внешним воздействиям, в том числе активной клинкерной поверхности. Подчиняясь рельефу, морфологии и дальнодействию активных центров твердой фазы, ассоциированная водная система формирует в межфазной зоне переходную энергетическую композицию.

Таким образом, взаимодействие гетерогенной цементной системы — типичный пример электрохимического процесса. Образованию гидратных продуктов предшествует стадия формирования на границе раздела фаз «поверхность клинкерного зерна — вода» промежуточного переходного энергетического комплекса, включающего поверхностные активные точки частиц вяжущего, адсорбированные кластеры диполей, ионы добавок, коллоидные дисперсии, микропузырьки растворенного газа. Метастабильность комплекса приводит к его развитию (аккумулированию собственной энергии), достижению критического энергетического уровня, распаду (появлению в системе активных элементов) и химизму явления. Элементарные гидратационные акты протекают стадийно, что и определяет немонотонный характер твердения портландцемента и материалов на его основе.

В учебных и литературных источниках по технологии бетона и железобетона не уделяется достаточного внимания поверхностным явлениям, сведения в данной области носят отрывочный, мало увязанный с процессом отвердевания и становления цементного композита характер. Так, отмечается появление на границе раздела фаз двойного электрического слоя, формирующего одноименный заряд гидратирующихся цементных частиц, способствующего длительному сохранению смесью пластичности и связности. Однако при этом не раскрывается природа неравновесности двойного слоя, динамики его развития, сущности появления гидратированных образований, закономерностей отвердевания и структурных особенностей затвердевшего цементного камня и бетонов. Уточнение этих аспектов предусмотрено в настоящем учебном пособии, основные позиции которого получены в результате выполненных в КубГТУ в 2007—2012 гг. под руководством автора фундаментальных НИР: «Исследование взаимосвязей «внешние факторы — стадийность процесса» и разработка новых методов синтеза прочности цементных композиций» (номер государственной регистрации: 1.1.07), «Исследование механизма деструкции цементных композиций на всех этапах твердения и разработка теоретических основ «синтеза прочности» бетонов с повышенной эксплуатационной надежностью» (код проекта в Рособразовании 6724) и по госзаказу Минобрнауки РФ «Исследование природы и взаимосвязи гидратационного твердения и деструкции цементных систем и разработка теоретических основ повышения структурной стабильности и надежности бетона (железобетона) в обычных условиях эксплуатации и при воздействии природных и техногенных факторов» (номер государственной регистрации: 01201274283).

Пособие содержит разделы по истории становления и развития технологий создания и использования портландцемента и бетонов на его основе, теоретическим аспектам твердения и формирования композита, возможной динамике поверхностных явлений, уточнению морфологического устройства микробетона (бетона в целом) и сущности его адаптационных способностей, действия на процесс и свойства композита различных технологических, природных и техногенных факторов. Большое внимание уделено направленным технологическим б воздействиям, обеспечивающим оптимизацию структуры бетона и железобетона, получение конечного продукта с повышенными физико- техническими и эксплуатационными свойствами. Приведены результаты производственного освоения разработанных приемов и режимов на ряде отечественных предприятий строительной индустрии.

На протяжении последних лет автор читает специализированный курс «Технология активированных бетонов», являющийся логическим дополнением таких дисциплин, как «Технология бетонов», «Технология легких бетонов», «Защита бетонов от коррозии», «Особые виды бетонов». Ни в коей мере не претендуя на полноту и «истинность в последней инстанции» представленного материала, автор надеется, что работа будет полезна в учебном процессе подготовки студентов строительного направления и специалистов, связанных с производством бетона и железобетона, проектированием и эксплуатацией зданий и сооружений. Отдельные главы учебного пособия построены в дискуссионном стиле, дающем возможность воспринимать конкретные положения не в виде незыблемых формулировок и тезисов, а в качестве проблем, требующих дальнейшего уточнения, развития и совершенствования.

В результате изучения дисциплины студент должен обладать следующими компетенциями:

трудовые действия

• владение навыками направленного (активированного) производства бетонной и железобетонной сборной и монолитной продукции с повышенными эксплуатационными свойствами;

необходимые умения

• использовать полученную информацию для обоснования эффективных технологических режимов твердения цементного бетона и железобетона с повышенной эксплуатационной надежностью;

необходимые знания

• природы, закономерностей и особенностей «скачкообразного» (по В. А. Кинду) твердения цементных систем в комплексе со многими сопровождаемыми процесс свойствами и явлениями.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >