Полная версия

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

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ЯВЛЕНИЯ, СОПРОВОЖДАЮЩИЕ ТВЕРДЕНИЕ ЦЕМЕНТА

Понимание физической сущности явлений, сопровождающих отвердевание цементных систем, имеет не только познавательно-теоретический, но и значительный практический интерес. Скачкообразность процесса определяет наличие на кинетических кривых многих из этих свойств характерных переломных точек. Следовательно, оперируя динамикой того или иного свойства (или комплекса свойств), можно объективно диагностировать портландцемент и его разновидности, отслеживать, контролировать процесс твердения бетонов и управлять им путем осуществления или, наоборот, прекращения тех или иных технологических воздействий.

Кинетика пластической прочности

Для исследования процесса структурообразования вяжущих материалов обычно применяют рычажный конический пластометр системы МГУ (рис. 4.1) [60]. Несмотря на методическую простоту, данный прибор характеризуется рядом существенных недостатков: неравномерностью нагружения конуса, низкой точностью фиксации глубины его погружения в исследуемую навеску, значительной трудоемкостью и, соответственно, длительностью снятия единичного показателя. Это приводит к повышенному интервалу замеров (0,5—1,0 ч), невозможности регистрации (порой неявно выраженных, но чрезвычайно важных) промежуточных структурных изменений, получению, в итоге, недостаточно информационных (лекальных) кривых.

Использование же разработанного автором механизированного пружинного пластометра [61], работающего как в комплекте с гидравлическим прессом ПСУ-10 (нижняя плита которого играет роль подъемного стола), так и в мобильном исполнении (рис. 4.2), позволяет устранить отмеченные недостатки рычажного прибора. Скорость подъема формы и погружения конуса (с углом при вершине 30°) в исследуемую навеску поддерживается постоянной на всем протяжении эксперимента. Глубина погружения конуса (8—10 мм) контролируется контактом-ограничителем, срабатывание которого фиксируется световым индикатором. Нагрузка на конус оценивается величиной сжатия тарированной пружины, которая регистрируется зубчатой парой и прогибомером. Оперативность проведения работ (продолжительность замера единичного показателя не превышает одной минуты) дает возможность получить принципиально иную картину структурообразования вяжущего материала (см. рис. 3.1, а).

Рычажный конический пластометр системы МГУ

Рис. 4.1. Рычажный конический пластометр системы МГУ

1 — основание; 2 — площадка для разновесов; 3 — рычаг; 4 — скоба соединительная; 5 — индикатор; 6 — противовес; 7 — шток с конусом; 8 — стол

подъемный; 9 — стойка

Установки для определения кинетики структурной прочности и температуры твердения в стационарном (а) и мобильном (б) вариантах

Рис. 4.2. Установки для определения кинетики структурной прочности и температуры твердения в стационарном (а) и мобильном (б) вариантах:

  • 1 — термопара; 2 — двухканальный регистрирующий прибор ТЦЗ-МГ4.01;
  • 3 — форма с цементным составом; 4 — пластометр пружинный; 5 — стойка

опорная; 6 — стойка пресса; 7 — винтовой подъемный стол; 8 — основание;

9 — нижняя плита пресса

Работы следует проводить на цементном тесте или растворной смеси с несколькими значениями В/Ц, что позволяет дублировать результаты и расширять временной структурообразующий диапазон испытаний. Период замеров пластической прочности при обычных температурных условиях твердения — не более 10 мин, повышенных температурах — 5 мин (при большем интервале замеров теряется смысл испытаний — нивелируются протекающие в вяжущей системе структурные преобразования, в итоге получаются пластограммы, не несущие объективной информации). Расстояние между точками погружения конуса должно быть не менее 25—30 мм. Размер формы в плане должен предусматривать снятие полной пластометрической кривой. Пересчет бб нагрузки на конус в величину пластической прочности (МПа) производится по формуле П. А. Ре биндера:

где Ка = 1 /п • cos2a/2 • ctga/2 — константа пластометра, зависящая от угла а конуса при вершине (при a = 30° Ka ~ 1); Р — нагрузка на конус, Н; h — глубина погружения, м.

По полученным данным в координатах «время в минутах — прочность в МПа» строят пластограмму и анализируют характер изменения показателей. Общая тенденция — возрастание прочности (рис. 3.1, а), и это естественно, поскольку идет последовательное потребление воды цементными минералами, упрочнение структуры материала. В то же время очевиден ступенчатый (стадийный) характер процесса — кривая имеет характерные переломные участки, вызванные резким упрочнением твердеющего материала. Сопоставляя пластограммы цементного теста и растворных смесей с различным В/Ц, можно сделать следующие обобщения:

  • 1) в тесте и смесях с повышенным водосодержанием начало замеров отодвигается во времени (пластограмма как бы сдвигается в область более поздних сроков);
  • 2) время наступления переломных моментов не зависит от водоцементного фактора и наличия заполнителей;
  • 3) в исследуемом временном интервале переломные моменты наблюдаются через равный интервал времени (стадийно);
  • 4) достаточно часто резкому упрочнению цементной системы предшествует снижение, спад пластической прочности.

Сделаем некоторые пояснения. Смещение пластограмм твердеющих цементных составов с повышенным В/Ц в область более поздних сроков нередко трактуют как замедление отвердевания, удлинение так называемых сроков схватывания (что более детально будет освещено ниже). Здесь же отметим следующее. Любой прибор, в том числе и рассматриваемый пластометр, имеет определенный рабочий диапазон испытаний. При пластической прочности менее 0,01 МПа определить прочность данным прибором не представляется возможным, поскольку величина структурных изменений находится вне чувствительности пластометра. Однако это вовсе не означает, что в низкоконцентрированной цементной системе в данном временном интервале ничего не происходит. На границе раздела фаз «поверхность цементного зерна — вода» синхронно протекают одни и те же процессы, вне зависимости от количества введенной воды затворения (вида и количества заполнителя). Образно говоря, на поверхности цементной частицы, помещенной в ведро с водой, протекают синхронно те же процессы, что и на смоченной частице при попадании капли воды в емкость с сухим цементом.

Определенный скептицизм и недоверие вызывает утверждение о стадийном характере твердения цементных систем. Действительно, с мнением, что оно не всегда обнаруживается пластометрическим методом, сложно не согласиться (в противном случае, данный аспект давно бы стал установленным и неоспоримым фактом). О чем, например, свидетельствуют приведенные на рис. 4.3 пластограммы? Первый гидратационный акт (в районе 80—90 минут с момента затворения цемента водой), сопровождающийся незамедлительной самоорганизацией клинкерных частиц, фиксируется достаточно ярким всплеском структурной прочности у высококонцентрированного (В/Ц = 0,22) состава, менее отчетливым — у теста с В/Ц = 0,24 и началом проведения испытаний — в низкоконцентрированном (В/Ц = 0,28) составе. О времени второго химического взаимодействия (через 180—190 минут) указывает явный перелом пластограммы теста с В/Ц = 0,28. Характер же изменения структурной прочности других консистенций остается неопределенным.

Кинетика пластической прочности цементного теста на новороссийском ПЦ500-Д20

Рис. 43. Кинетика пластической прочности цементного теста на новороссийском ПЦ500-Д20

Проблема заключается в том, что изучаемая коническим пластоме- тром структурная прочность — усредненный показатель ряда имеющих «обратный вектор действия» явлений. Формирование на границе раздела фаз полимолекулярного ДЭС со стадийно увеличивающемся ^-потенциалом приводит к кулоновской раздвижке одноименно заряженных клинкерных зерен, пластифицирующему эффекту, снижению структурной прочности системы. Пластификации цементных составов способствует насыщение поровой жидкости известью, образующейся в результате гашения свободного СаО, а также выделяющейся при гидролизе цементных минералов. В то же время последовательная адсорбция активными центрами в индукционных периодах диполей и их взрывообразное потребление при химизме явления способствуют развитию вакуума в межзерновых пустотах клинкерных зерен, стягивающего, самоорганизующего последние, повышающего структурную прочность материала. И неизвестно, последствия каких из отмеченных явлений преобладают в момент погружения конуса пластометра. Однозначный вывод об отмеченной особенности твердения цементных составов может быть сделан на основании многочисленных пластометрических исследований, статистической обработки данных, а также дублирования пластометрии другими методами испытаний (например, замером температуры твердеющей цементной навески).

Несколько слов о спадах пластической прочности. Если в процессе испытаний после стабильно возрастающих показателей очередной замер показал предыдущую или даже более низкую величину (см. тесто с В/Ц = 0,24, см. рис. 4.3), то данный нюанс не следует игнорировать (даже если при повторении опыта спад прочности будет зафиксирован в иное время или не обнаружен вовсе). Это существующая объективная реальность, характерная для конкретных условий проведения эксперимента. В начальной стадии твердения спады прочности вызываются отмеченным электростатическим (кулоновским) взаимодействием одноименно заряженных «цементных мицелл». Причем это явление наиболее ярко выражено на завершающих этапах индукционных периодов (характеризующихся «пиковыми» значениями ^-потенциала ДЭС, заканчивающихся химическим взаимодействием реагентов, резким потреблением воды, развитием вакуума и лавинообразным ростом структурной прочности). На более поздних стадиях твердения, когда зерна вяжущего имеют достаточно прочные контакты посредством гидросиликатных клеевых прослоек, спады прочности могут быть вызваны внутренними напряжениями появляющегося с увеличением объема твердой фазы гидрата и временным ослаблением структурных связей формирующегося микробетона. В любом случае выпадающие точки должны быть нанесены на кинетическую кривую пластической прочности для объективного описания структурообразующего процесса.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>