Полная версия

Главная arrow Строительство arrow Строительные материалы и изделия: технология активированных бетонов

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Характер гидратации цементного зерна

Значительную научную ценность и практическую значимость представляет уточнение характера гидратационного процесса, а именно, справедливость его глубинного развития, реальность последовательного распространения гидратационного фронта в массив цементных зерен (см. рис. 1.3), уплотнения постепенно утолщающегося гидратного экранного слоя, появления, в итоге, остаточных химически не использованных цементных «ядер» (см. рис. 1.4). И если отмеченное отвечает реальности, то какими способами и методами можно достичь максимального использования клинкерного фонда портландцемента и его потенциальных возможностей?

Косвенно характер гидратации просматривается с начальной фразы теоретической позиции [6]: «сразу же после добавления к цементу воды начинаются химические реакции и образуется пересыщенный раствор гидроокиси кальция, которая выделяется главным образом при гидролизе алита», т. е. экспериментально установленный, общеизвестный и неопровержимый факт — насыщение жидкой среды преимущественно известью (точнее, ионами кальция с их последующим экзотермическим преобразованием в известь), выделяемой распадающимися (гидролизующимися) силикатами кальция.

Здесь же возникает вопрос о местоположении кремнекислородных гидролизных остатков. А эти «остатки», надежно удерживаемые молекулярными силами твердой фазы, в подавляющем своем большинстве остаются в массиве цементной частицы на своих исходных рубежах. Разорванные химические связи нейтрализуются активными элементами распада диполей, образуя поверхностный гидратированный продукт. Прочная связь последнего с твердой фазой делает маловероятным проникновение фронта гидратации вглубь цементных зерен, глубина химического использования которых должна иметь вполне конкретную и незначительную величину, что наглядно проиллюстрируем.

Структура трехмесячного цементного камня (рис. 3.2) содержит частично гидратированные цементные зерна, легко различимые (более светлых тонов) продукты гидратации неупорядоченного строения, покрывающие удаленные поверхности частицы и межзерновые пустоты.

Строение трезмесячного цементного камня (Stereoscan S4—10)

Рис. 3.2. Строение трезмесячного цементного камня (Stereoscan S4—10)

1 — цементные зерна; 2 — гидратная оболочка; 3 — межзерновая пустота

При этом фронтальная поверхность зерна (на переднем плане снимка) покрыта механически не нарушенной гидратной оболочкой, о чем свидетельствует отсутствие видимых повреждений и «архитектурная завершенность форм» ее структурных элементов (например, заовален- ность многочисленных сферических пор). Можно предположить, что эта плоскость частицы была обращена в пустоту (капилляр или межзерновое пространство). Следует обратить внимание на обведенный участок гидратированной поверхности, на котором просматривается отрыв фрагмента оболочки и вскрытие внутреннего гладкого негидра- тированного массива цементного зерна. Конечно же, при подобном ракурсе сложно определиться с толщиной гидратированного продукта, однако видна его весьма незначительная величина. Быть может, трехмесячный возраст образца не достаточен для объективной оценки рассматриваемого параметра?

На рис. 3.3 представлено строение этого же образца в 31-летнем возрасте, а на рис. 3.4 — общий вид цементных зерен бетона фундамента производственного здания в Абрау-Дюрсо (Краснодарский край) после 105 лет его эксплуатации. Даже столь солидный возраст не изменил структурного сюжета — наличия на поверхности цементных зерен гидратного продукта мизерной толщины. Как видно, при оценке данного параметра речь должна идти не о десятках (как нередко считается), а о считанных единицах или даже долях микрона.

Существует мнение, что внутренний массив цементных зерен химически не используется из-за недостатка воды в структуре камня, и полное превращение безводного исходного продукта в гидратированные соединения (тем более фракций до 20—30 мкм) возможно при водном твердении. Однако и данная версия не нашла своего подтверждения. На рис. 3.5 представлено строение цементного камня после 3,2 лет выдерживания в воде, включающего те же негидратированные внутренние клинкерные объемы, что и после месяцев (см. рис. 3.2), десятилетий (см. рис. 3.3), более сотни лет (рис. 3.4) твердения. Толщина гидратной оболочки (обведено на рис. 3.6) даже после многолетнего водного выдерживания находится в пределах одного-полутора микрон.

Общий вид строения (а) и отдельные участки (б — г) цементного камня 31-летнего возраста (JEOL JSM-25S, обозначения те же, что и на рис. 3.2)

Рис. 3.3. Общий вид строения (а) и отдельные участки (б — г) цементного камня 31-летнего возраста (JEOL JSM-25S, обозначения те же, что и на рис. 3.2)

Общий вид цементных зерен бетона 105-летнего возраста (JEOL JSM-25S)

Рис. 3.4. Общий вид цементных зерен бетона 105-летнего возраста (JEOL JSM-25S)

Анализ представленных результатов позволяет сделать заключение как о достаточно малой толщине гидратированного продукта (не превышающей 1,0—1,5 мкм), соответственно, глубине гидратации цементных частиц, составляющей считанные доли микрона, так и о наличии четко различимой границы раздела между негидратированным массивом зерна и новообразованиями (рис. 3.7). При получении скола цементного камня разрушение часто происходит именно по данной границе, обнажая либо «гладкую структуру» внутреннего негидратиро- ванного массива зерна, либо (при вырыве самого зерна, см. рис. 3.6, б) оставляя в образце фрагмент гидратированного слоя (см. рис. 3.6, а).

Общий вид строения цементного камня с В/Ц = 0,22 (а) и 0,40 (6) после 3,2 лет водного твердения (JE0L; хЮОО)

Рис. 3.5. Общий вид строения цементного камня с В/Ц = 0,22 (а) и 0,40 (6) после 3,2 лет водного твердения (JE0L; хЮОО)

Общий вид скола цементного зерна водного твердения

Рис. 3.6. Общий вид скола цементного зерна водного твердения

Приведем, наконец, весомый аргумент в пользу поверхностности ги- дратационного процесса. Что произойдет с цементными зернами после их 100%-ной гидратации? Согласно традиционным взглядам — полное растворение частиц. Для проверки этого положения провели эксперимент с последовательным многократным затворением цемента до момента прекращения даже признаков его вяжущих способностей.

На каждом из этапов использовали равноподвижное цементное тесто (с исходным В/Ц = 0,28). Отформованные стандартные образцы-ба- лочки (16x4x4 см) после суточного предварительного выдерживания в обычных условиях пропаривали в течение 16 ч и после двухчасового остывания испытывали на прочность при изгибе и сжатии. Остатки образцов измельчали в щековой дробилке, высушивали, подвергали шестичасовому помолу в шаровой мельнице, определяли свойства (плотность, удельную поверхность) вяжущего и использовали его для очередного опыта. Отвердевание завершилось на пятом этапе (табл. 3.1), однако для получения гарантированных результатов опыт довели до семикратного затворения.

Общий вид контактной зоны микробетона

Рис. 3.7. Общий вид контактной зоны микробетона

О прекращении всякой способности к отвердеванию указывает рентгенофазовый анализ полученного вяжущего (рис. 3.8), свидетельствующий об отсутствии дифракционных отражений силикатной части клинкера. В то же время электронная микроскопия (рис. 3.9) показала благополучное существование полностью гидратированных цементных зерен с исходными размерами (если пренебречь естественным снижением их «габаритов» за счет семикратного обдирания с поверхности мелющими телами гидратной пленки). Получение на каждом этапе заметно повышающейся величины удельной поверхности вяжущего (наряду со снижением плотности, см. табл. 3.1), таким образом, обусловлено не столько дроблением клинкерных частиц, сколько поступлением в продукт дисперсных новообразований.

Представленный материал, таким образом, указывает на исключительно поверхностный характер гидратации цементных зерен. В результате электроповерхностных гидратационных процессов осуществляется выдавливание («разрастание») новообразований в поровое пространство и формирование пористой гидратной оболочки толщиной, не превышающей 1,0—1,5 мкм. При рассмотрении глубины гидратационного проникновения в плотный массив цементных частиц речь может идти даже не о единицах, а о долях микрона. Размеры любых (крупных, средних, мелких) частиц на всем протяжении отвердевания и существования бетона не претерпевают сколь-либо серьезных габаритных метаморфоз. Следовательно, тенденцию повышения степени гидратации цемента, стремление «предельного использования клинкерного фонда» за счет тонкого и сверхтонкого (нанодисперсного) помола цемента, вряд ли, можно считать рациональной. Снижение размеров цементных частиц, бесспорно, увеличит поверхность взаимодействия реагентов, интенсифицирует отвердевание цементной системы, однако этим приемом можно существенно ухудшить другие свойства (прочностные, де- формативные) бетонов.

Таблица 3.1

Свойства вяжущего многократного затворения

Номер

затворения

Физико-механические показатели

в/ц

5уд, см2

р, г/см3

Прочность (МПа)

при изгибе

при сжатии

1 (эталон)

0,28

3990

3,13

10,8 ± 1,0

38,6 ± 1,3

2

0,32

6590

2,73

4,9 ± 0,2

14,4 ± 1,1

3

0,34

8130

2,36

2,8 ± 0,2

2,9 ± 0,1

4

0,34

10 020

2,24

2,8 ± 0,2

2,9 ± 0,1

5

0,34

11 680

2,20

0

0

6

0,34

12 100

0

0

Рентгенограмма цемента после семикратного затворения

Рис. 3.8. Рентгенограмма цемента после семикратного затворения

Эта сторона проблемы будет затронута ниже. Здесь же отметим возникающее противоречие. Если глубина гидратации цемента — стабильный во времени параметр, то чем, в таком случае, пояснить непрерывно повышающуюся во времени степень гидратации цемента, что не вызывает сомнений и подтверждается различными методами исследований?

Отдельные участки прессованного цементного камня на основе семикратно затворенного портландцемента

Рис. 3.9. Отдельные участки прессованного цементного камня на основе семикратно затворенного портландцемента

(JEOL JSM-25S; хЗООО; обозначения те же, что и на рис. 3.2)

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>