Особенность гидратационного процесса

Взаимодействие гетерогенной цементной системы, как отмечалось, осуществляется путем стадийного формирования на границе раздела фаз «поверхность клинкерного зерна — вода» переходных энергетических комплексов с исходным диаметром (Dhcx) 0,4—0,5 мкм (см. рис. 2.7, а; рис. 2.8). Развитие, достижение критического уровня и распад комплексов в каждом элементарном гидратационном акте способствуют появлению активных элементов, химизму процесса, появлению в зоне контакта «шатровых опор» комплекса аморфного гидросиликата и его последовательного накопления на поверхности исходных цементных частиц. Стадийное быстротечное разрушение переходных комплексов сопровождается «нейтрализацией» поверхностного заряда гидратирующихся зерен, мгновенным потреблением из окружающей водной среды порций диполей, образованием очередного комплекса, появлением в межзерновых пустотах «движущей силы» отвердевания — вакуума и стяжением (самоорганизацией) системы.

На начальном этапе гидратационный процесс при обычных температурах твердения имеет (90 ± 10)-минутную стадийность, что обусловлено стабильностью таких параметров, как диаметр переходных комплексов, количество активных диполей, энергия их связи в полимо- лекулярных структурах, малоизменяемое количество не насыщенных активных центров под дипольными сводами. Заполнение периферийнои части покрываемой дипольным сводом поверхности цементного зерна гидратным продуктом осуществляется путем смещения (поворота) вновь появляющегося переходного комплекса на гидратационный шаг (рис. 3.10).

Схема динамики гидратационного процесса

Рис. 3.10. Схема динамики гидратационного процесса:

1 — дипольный свод; 2 — поверхность зерна; 3 — гидратный продукт

После химических преобразований активных центров периферийных зон таким же образом осуществляется заполнение гидратом внутренней поверхности твердой фазы комплексов с одновременным последовательным сокращением их диаметра. Снижение количества свободной (подвижной) воды, адсорбированных диполей, соответствующее увеличение энергии их межмолекулярных связей, уменьшение поверхностной энергии клинкерных зерен приводят к закономерному повышению продолжительности подготовительных (индукционных) временных интервалов. Начальный полуторачасовой индукционный интервал превращается со временем в часы, сутки, недели, месяцы.

Учитывая изложенное, очевидно формирование на гидратированной поверхности цементных частиц относительно стабильных остаточных поверхностно-активных зон (см. рис. 2.7, б), включающих негидра- тированные активные центры твердой фазы с адсорбционно-связанной водой. Огромная межмолекулярная связь адсорбированных кластеров определяет неопределенно продолжительную «жизнеспособность» этих зон. Финалом их не прекращающегося ни на мгновение энергетического развития является гидратационный процесс с последующим еще более продолжительным подготовительным временным интервалом.

Поверхностно-активные зоны легко обнаруживаются электронной микроскопией в виде многочисленных локально рассредоточенных сферических пор в механически ненарушенной гидратной оболочке (рис. 3.11, а), цилиндрических каналов с рваными «чешуйчатыми» краями (рис. 3.11, б) или полостей (рис. 3.11, в) в разрушенном гидросиликатном массиве. Следует заметить, что представленные на рис. 3.11 структурные элементы далеко не уникальны, однако при анализе подобных результатов основное внимание уделяется листоподобным (пластинчатым, чешуйчатым) формированиям, считающимся модификациями кристаллогидратов. Как несложно заметить, эти формирования — продукт не сквозьрастворных превращений, а результат силового выдавливания увеличивающегося в объеме аморфного гидрата из соседних гидратирующихся активных зон клинкерных частиц.

Фрагменты поверхности гидратированных цементных зерен

Рис. 3.7 7. Фрагменты поверхности гидратированных цементных зерен

Любопытно, что на эти «трубчатые кристаллы» (см. рис. 3.11, б) обратили внимание еще немецкие ученые [10], считая их результатом свертывания тонких тоберморитовых пластинок с формированием влагопроводящих каналов, по которым осуществляется вынос растворенных продуктов из внутренней сферы гидратирующегося цементного зерна во внешнюю среду. Конечно же, предлагаемый путь образования трубчатых формирований достаточно спорный, хотя по существу достаточно точное представление — именно эти каналы (точнее, их основания) являются объектами гидратации цемента на поздних стадиях твердения.

В результате непрекращающейся гидратации диаметр остаточных поверхностно-активных зон (DK0H, см. рис. 2.8) со временем снижается. В трехмесячном возрасте достигает около 0,3 мкм, в 31-летнем — около 0,2 мкм. При этом многое зависит от температурно-влажностных условий выдерживания бетона. Непрерывный приток влаги в бетон (например, за счет капиллярного подсоса грунтовых вод) будет способствовать более полной завершенности гидратационного процесса, о чем свидетельствует структура 105-летнего цементного зерна бетона фундаментного элемента — наличие остаточных негидратированных зон (увеличено на рис. 3.4) диаметром 0,1 мкм и менее. Гидратацион- ный процесс неисчерпаем и бесконечен во времени, в чем «повинна» полимолекулярная структура воды. Достижение 100%-ной гидратации цемента в реальных условиях невероятно. Наличие остаточных поверхностно-активных зон — объективная реальность, требующая непременного учета в теории и строительной практике.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >