Тепловыделение

Гидратационное твердение портландцемента — экзотермический процесс, поэтому тепловыделение как одно из свойств, тесным и непосредственным образом связанное со структурообразующими преобразованиями, издавна привлекает внимание исследователей. Температурная кривая имеет два ярко выраженных экзотермических эффекта: сразу же после смешивания компонентов (см. рис. 3.1, В, «а») и спустя индукционную стадию (см. рис. 3.1, В, «б»). Начальное выделение тепла, как отмечалось, связано с «мерой» свободной извести, после чего следует полуторачасовой горизонтальный участок, свидетельствующий об отсутствии каких-либо химических взаимодействий, протекании индукционного (подготовительного) периода. Электроповерхностные явления (эстафетное разрушение водородных связей полимолекулярной системы межфазной зоны, концентрация диполей у адсорбционных центров цементных частиц) обеспечивают генерирование системой собственной энергии, достигающей критического уровня, достаточного для распада переходного комплекса. Первый акт образования гидратных продуктов связан с выбросом в жидкую фазу из структуры минералов ионов кальция и началом основного тепловыделения. Заметим полное соответствие времени начала основной экзотермии с первым скачком структурной прочности (см. рис. 3.1). И этого соответствия просто не может не быть, поскольку разрушение переходного энергетического комплекса, появление и взаимодействие активных элементов с выделением тепла незамедлительно сопровождается потреблением клинкерными зернами порции молекул воды, формированием очередного комплекса с появлением в межзерновых пустотах вакуума и стяжения системы. В дальнейшем стадийное поступление в жидкую фазу очередных порций извести приводит к интенсивному выделению тепла и разогреву твердеющего цементного материала.

На рис. 4.4 представлены полученные с помощью автоматического термосного калориметра [62] температурные кривые твердения различных цементов. Тепловыделение, действительно, является «мерой извести» [12], на что указывает значительно более ярко выраженная экзотермия у воскресенского портландцемента, т. е. у вяжущего с повышенным содержанием клинкерной составляющей. Выполненный расчет количества выделившегося тепла показал, что для теста на воскресенском портландцементе с В/Ц = 0,26 тепловыделение составило 143 кал/г, с В/Ц = 0,33 ч- 146,1 кал/г; на подольском шлакопортланд- цементе, соответственно — 99 и 102 кал/г. И хотя отличие полученных для конкретного цемента показателей составляет незначительную величину (2—3 %), тем не менее, более высокие значения характерны для составов с повышенным водосодержанием. Наконец, сдвиг максимумов кривых (А: и А2, Бх и В2) указывает на протекание большего количества гидратационных актов при повышении В/Ц составов.

Кривые тепловыделения цементного теста на воскресенском п/ц М500 и подольском шпц М300

Рис. 4.4. Кривые тепловыделения цементного теста на воскресенском п/ц М500 и подольском шпц М300

Отмеченное свидетельствует о том, что при повышении водосодер- жания увеличивается в системе количество свободных диполей, определяющих протекание большего количества актов гидратообразования с минимально возможным временным (индукционным) интервалом. Разумеется, что и после максимума тепловыделения происходит интенсивное взаимодействие цементных минералов с водой, однако со все более увеличивающимся интервалом, неизбежными теплопотерями и остыванием исследуемой навески. Образование на более поздних этапах твердения гидрата (сопровождающееся «выбросом» в жидкую фазу порций ионов кальция) также связано с выделением тепла, поэтому кривая скорости тепловыделения имеет не два, три, а множество чередующихся «пиков» (см. рис. 1.5).

Не всегда можно воспользоваться упомянутым термосным калориметром. Вполне приемлемые результаты можно получить при использовании простейших установок (рис. 4.5), включающих теплоизолированный пластиковый стакан объемом 200—250 мл и чувствительный термометр или выпускаемый челябинским СКВ Стройприбор двухканальный регистрирующий прибор. В последнем варианте получаемые данные архивируются электронным блоком с возможностью компьютерной обработки.

Установки для определения тепловыделения цементных составов с использованием термометра (а) и регистрирующего прибора ТЦЗ-МГ 4.01 (6)

Рис. 4.5. Установки для определения тепловыделения цементных составов с использованием термометра (а) и регистрирующего прибора ТЦЗ-МГ 4.01 (6)

Если интерес представляет не количественная, а качественная сторона экзотермии (например, для оценки стадийности отвердевания), термопару можно погружать в обычный (нетеплоизолированный) цементный состав (например, в подвергаемую пластометрии навеску, см. рис. 4.2). В этом случае температурные кривые будут иметь несколько иной вид. Тепло от «гашения» свободной извести (обведено на рис. 4.6) постепенно теряется материалом. Однако в районе 90 ± 10 мин вновь обнаруживается выделение тепла, вызванного первым гидратацион- ным актом, с последующим постепенным «затуханием» теплового эффекта. Очередной перелом температурных кривых (через 200 мин с момента затворения) указывает на время протекания следующего химического взаимодействия реагентов. Заметим, что для получения ярко выраженных тепловых эффектов следует использовать «чистые» (без заполнителя) цементные составы. Для надежности, объективности и дублирования данных термопластометрические опыты рекомендуется проводить на цементном тесте с нескольким значением В/Ц (например, 0,24—0,25; 0,26—0,27 и 0,28—0,30).

Температурные кривые нетеплоизолированной цементной навески при обычной

Рис. 4.6. Температурные кривые нетеплоизолированной цементной навески при обычной

температуре твердения

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >