О «схватывании» и диагностике цементов

Важным диагностируемым свойством при оценке качества порт- ландцементов (наряду с такими показателями, как тонкость помола, гранулометрический, минералогический и вещественный составы, марочная прочность и др.) является интенсивность твердения, которая оценивается определяемыми прибором Вика по ГОСТ 310.3—76 «началом» и «концом схватывания». При этом следует подчеркнуть — нормами предусмотрено выявление сроков схватывания исключительно на цементном тесте «нормальной густоты». Однако «унификация» метода, его применение для других составов, разнообразных добавок и воздействий привели к неудобоваримой ситуации. Каким образом, например, сочетаются такие аспекты, как общеизвестное влияние на сроки схватывания портландцемента водоцементного фактора и не менее известная независимость этого фактора от времени наступления характерных переломных точек кинетических кривых ряда сопровождающих твердение свойств (рис. 3.1, 4.8—4.10)? Как добавка, ускоряющая «схватывание» цемента (например, поташ, возглавляющий группу добавок ускорителей по ГОСТ 24211—2008), умудряется превратить дальнейший процесс в ленивое, вялотекущее отвердевание и ухудшение всех свойств бетонов?

Прежде всего, уточним, что же подразумевается под термином «схватывание», какие явления можно, а какие не следует относить к схватыванию? Итак, схватывание — внезапно наступившее и прогрессирующее загустевание цементного состава, что может быть следствием как химического связывания минералами цемента воды затворения, появления в системе стесненных условий, резкого повышения структурной прочности, так и причин, далеких от химических преобразований (испарения, перераспределения, отжатия воды, ее поглощения пористым заполнителем, структурированием диполей и т. п.). Разве допустимо и квалифицированно между всеми этими причинами загустевания ставить «знак равенства»? К схватывающим последствиям приводят исключительно химические процессы, сопровождающиеся быстротечным стадийным потреблением цементом порций молекул воды и развитием в межзерновых пустотах «движущей силы» отвердевания — вакуума. Иные вышеупомянутые причины загустевания не должны ассоциироваться с понятием «схватывание».

Бесспорно, прибор Вика — прогрессивное для своего времени техническое решение, позволявшее просто и оперативно оценивать качество цементов. Однако для исследовательских целей данный метод не может быть применим, ввиду безразличия прибора к природе загустевания, фиксации внешнего признака без раскрытия его сути.

На рис. 4.17, а приведены пластограммы различных цементных составов с нанесенными началом и концом схватывания, протекающими при структурной прочности теста 0,05—0,1 и 0,65—0,95 МПа, соответственно. При этом неизбежно столкновение со странностью — повторением этих сроков на более поздних этапах, и какой же из них в таком случае принимать на веру? Дело не столько в попадании иглы в пору, воздушный пузырь или подобную дефектную точку, сколько в скачкообразности структурообразующего процесса, вполне вероятном неоднократном повторении в процессе проведения опыта одной и той же (а в ряде случаев гораздо более низкой) пластической прочности. Нужно ли в этой связи доказывать примитивность традиционного методологического подхода и получаемых на его основе, мягко говоря, малоинформативных показателей, их неприменимость в научных исследованиях?

Характер структурообразования (а) и температуры твердения (6) цементных составов

Рис. 4.17. Характер структурообразования (а) и температуры твердения (6) цементных составов

Скачкообразное (стадийное) отвердевание цементных систем сопровождается рядом своеобразных изменений свойств (механических, термохимических, реологических, электрофизических, акустических и др.), кинетические кривые которых имеют характерные переломные точки. Именно время наступления этих точек (при конкретном температурном режиме твердения) должно служить оценочным параметром контроля вяжущих способностей портландцемента. Для диагностических целей могут применяться электрофизические, акустические, термохимические и многие другие свойства. Единственное и непременное условие: все эти свойства должны непосредственно отражать динамику, ту или иную сторону физико-химической сущности гидратационно- го и структурообразующего процессов.

Особое место занимает пластометрический метод, основанный на периодическом погружении в твердеющее цементное тесто (растворную смесь) конуса на строго определенную глубину, фиксации прилагаемой нагрузки, построении и анализе кинетической кривой пластической прочности (пластограммы). Данный метод методически мало отличается от традиционного подхода, тем не менее, позволяет получать объективные и весьма информативные данные, что и явилось основой, бесспорно, рационального и незаслуженно проигнорированного предложения о замене иглы Вика коническим пластометром [65].

В то же время следует заметить, что изучаемая пластометрией величина структурной прочности — усредненный показатель ряда имеющих «обратный вектор действия» свойств, в связи с чем не всегда отчетливо регистрируется скачкообразность структурообразования. Этот пробел можно устранить дублированием пластометрии разработанным профессором Александром Владимировичем Ушеровым-Маршаком термокинетическим методом [66]. При этом термопары могут погружаться в обычный (см. рис. 4.2) и (или) теплоизолированный состав (см. рис. 4.5); в любом из этих вариантов будет зафиксировано время химического взаимодействия реагентов, сопровождаемого экзотермическим эффектом. Пластограмма и температурная кривая исчерпывающе полно отражают структурообразующий процесс, в связи с чем именно данные свойства положены в основу разработанного автором метода и установки для изучения структурообразования цементных систем (патент на полезную модель RU128331).

Таким образом, для оперативной и объективной диагностики портландцемента и его разновидностей, сухих строительных смесей, оценки действия различных технологических факторов и химических добавок рекомендуется вместо прибора Вика использовать термопластометрическую установку. Стадийность гидратационного процесса может быть оценена по времени наступления характерных переломов пластограмм и температурных кривых. Ярко выраженная «скачкообразность» структурообразования и значительный начальный экзотермический эффект (обведено на рис. 4.17, б) указывают на «свежесть» и высокое качество вяжущего. В то же время маловыразительное изменение этих свойств свидетельствовует о малой доли клинкерной составляющей и повышенном содержании минеральных добавок, «лежалости» цемента, содержании продуктов, снижающих активность воды и пр.

Основной принцип — выявление продолжительности начального индукционного периода (и. п.) в эталонном материале и его сопоставление с таковым в изучаемом вяжущем объекте (рис. 4.18). Ускорение или замедление структурообразования достаточно просто оценивается не только в качественном, но и количественном аспекте. Для охвата более широкого временного периода испытаний и дублирования данных следует использовать цементное тесто с несколькими удобными для проведения работ значениями В/Ц. Использование термопластометрического метода позволит проводить лабораторные испытания на научно обоснованном уровне, с использованием сопровождающих процесс свойств, что в полной мере отвечает тенденции активированного производства бетона и железобетона.

Целесообразно совершенствование термопластометрической установки в части замены механических элементов (пружины сжатия, зубчатой пары, прогибомера) высокочувствительным пьезоэлектрическим датчиком давления в комплекте с цифровым одноканальным измерителем, а также автоматизации режима испытаний (подъема формы с исследуемым материалом с заданным интервалом).

Типичные кинетические кривые пластической прочности и температуры твердения цементных составов в теплоизолированном (сплошные линии) и естественном (пунктирные) состояниях

Рис. 4.18. Типичные кинетические кривые пластической прочности и температуры твердения цементных составов в теплоизолированном (сплошные линии) и естественном (пунктирные) состояниях

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >