Полная версия

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

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Влияние температурного фактора

Повышенные температуры ускоряют взаимодействие цементных минералов с водой, интенсифицируют структурообразование цементного камня и бетонов, что позволяет сократить продолжительность выдерживания изделий до приобретения бетоном требуемой прочности, повысить тем самым производительность формовочного оборудования и технологической линии. В то же время не секрет, что наряду с достоинствами повышенные температурные условия твердения имеют и негативную сторону: в ряде случаев (особенно, при контактном подводе тепла и жестких режимах прогрева) ускорение процесса осуществляется в ущерб конечным прочностным показателям затвердевшего бетона. Неизбежный температурный перепад приводит к неравномерности усадочных процессов, микротрещинообразованию, различному температурному расширению компонентов бетона, ухудшению контактной прочности, расширению паровоздушной фазы. В результате недобор прочности может достигать 20 % и более. Для нейтрализации недостатков тепловой обработки и повышения свойств прогреваемого бетона путем рациональных режимов направленного воздействия важное значение имеет уточнение влияния температурного фактора на стадийность гидратационного твердения цемента и материалов на его основе.

Следовало ожидать, что с изменением температуры твердения должна измениться растворимость минералов исходного вяжущего, состав жидкой фазы, появление иных, стабильных в новых условиях продуктов гидратации. Однако многочисленными опытами установлено, что все виды тепловой обработки при атмосферном давлении (пропаривание, электропрогрев, индукционный нагрев и др.) не вносят существенных изменений в фазовый состав новообразований цементного камня, по сравнению с его твердением при обычных температурах. Даже в случае предварительного электроразогрева бетонных смесей, как установлено профессором Борисом Александровичем Крыловым, эффект интенсификации отвердевания обусловлен не какими-то специфическими воздействиями электрического тока, хотя сами такие воздействия могут иметь место, а исключительно температурно-временным фактором [83]. То есть температурный фактор — всего лишь фактор ускорения твердения цемента и бетонов.

При нормальных температурных условиях начальное твердение цементного камня представляет собой процесс стадийного электрохимического взаимодействия клинкерных минералов с водой, циклической самоорганизации клинкерных зерен, что при пластометрических опытах выражается периодическими скачками (переходными моментами) структурной прочности. Величина В/Ц и наличие заполнителей не влияют на время наступления этих моментов: через каждые 90 ± 10 мин с момента затворения цемента водой. Вопрос в том, сохраняются ли эти структурообразующие особенности при твердении цемента в условиях повышенных температур?

Кинетику пластической прочности цементного теста при повышенных температурах твердения изучали при помощи установки (рис. 5.19). Приготовленное цементное тесто укладывали в форму, уплотняли, поверхность заглаживали, накрывали текстолитовой крышкой с закрываемыми резиновыми пробками отверстиями (для погружения конуса), подвергали электропрогреву по требуемому режиму и с пятиминутным интервалом производили замер структурной прочности.

Установка для изучения кинетики пластической прочности при тепловой обработке

Рис. 5.19. Установка для изучения кинетики пластической прочности при тепловой обработке:

  • 1 — автотрансформатор; 2 — пластометр конический; 3 — форма текстолитовая с пластинчатыми электродами и термометром; 4 — стол подъемный винтовой;
  • 5 — разновесы

Из построенных по экспериментальным данным пластограмм видно, что начальное твердение цемента при температурах 40, 60 и 80 °С, как и при нормальных условиях (20 °С), протекает стадийно — переходные моменты, всплески пластограмм, наступают через близкий интервал времени (рис. 5.20). Величина температуры сказывается на интервале стадийности. При обычной температуре стадийность твердения составляет 90 ± 10 мин, при 40, 60 и 80 °С — около 45, 30 и 20 ± 5 мин, соответственно. Таким образом, при указанных температурах интенсивность структурообразования цементной системы возрастает в 2,0, 3,0 и 4,5 раза.

При конкретном повышенном температурном режиме (как и при нормальном) качественная сторона процесса твердения цемента не зависит от водоцементного фактора и заполнителей. Этот аспект выражается в том, что характерные переломные моменты пластограмм (акты гидратообразования) наступают как в цементном тесте, так и в растворных (следовательно, и бетонных) смесях в одно время. Роль температуры заключается в изменении интервалов между данными моментами — при сравнительно низких температурах этот интервал увеличивается, при более высоких — сокращается. В случае же медленного нагрева цементной системы (стадия подъема температуры при традиционном режиме тепловой обработки) соотношение между периодичностью переходных моментов изменяется: по мере повышения температуры циклы гидратообразования все более сокращаются. Так, при прогреве цементного теста со скоростью 100 °С/ч (предварительное выдерживание составляло 55 мин) первый «переходный момент», перелом пластограммы наступил через 20—25, второй — через 40—45, третий — через 60—65 мин с момента начала прогрева (рис. 5.21).

Кинетика пластической прочности цементного теста, твердеющего при различных

Рис. 5.20. Кинетика пластической прочности цементного теста, твердеющего при различных

температурах

В чем же заключается физическая сущность ускорения твердения бетона в условиях повышенных температур? Химическое взаимодействие цементных минералов с водой обусловлено протекающими на границе раздела фаз электрокинетическими процессами, связанными со стадийным формированием, развитием и разрушением промежуточных энергетических структур. Интенсивность этого взаимодействия зависит от продолжительности элементарных индукционных стадий, в свою очередь зависящих от активности реагирующих компонентов, скорости образования, развития и распада указанных комплексов.

С увеличением температуры повышается подвижность ионов (прежде всего, ионов кальция, отличающихся более эластичной валентной связью) в кристаллической решетке клинкерных минералов. Однако столь незначительный температурный интервал (от 20 °С доЮО °С) вряд ли существенным образом отразится на структуре и реакционной способности минералов, учитывая малую чувствительность к температуре электростатических и молекулярных сил твердой фазы [84]. Следует заметить, что мы имеем взаимодействующую гетерогенную систему — твердую фазу, характеризующуюся упорядоченным расположением структурных элементов со сравнительно прочными связями и (с известным приближением) бесструктурный компонент — жидкость. Это дает основание заключить, что к изменению (даже самому незначительному) температурных условий более чувствительна жидкая среда, и скорость гидратации цемента и структурообразующих процессов вследствие этого будут производными меняющегося состояния диполей воды.

Кинетика пластической прочности цементного теста в стадии подъема температуры

Рис. 5.21 Кинетика пластической прочности цементного теста в стадии подъема температуры

со скоростью 100 °С/ч

Для ее молекул, как отмечалось, характерно образование ассоциированных комплексов (кластеров) типа (Н20)п за счет ориентации диполями своих ближайших соседей, т. е. вода — кооперативная система, характеризующаяся цепным образованием водородных связей. Степень ассоциации при обычных условиях колеблется в весьма широких пределах — от десятков до многих тысяч диполей и зависит от множества факторов, в том числе от температуры. При ее понижении доля сильно ассоциированных комплексов увеличивается, что снижает активность молекул воды, при повышении — степень ассоциации диполей уменьшается, повышая тем самым их реакционную способность. При температуре около 70 °С вода состоит из малоассоциированных и даже мономерных объектов, при температуре кипения водородные связи полностью разрушаются. Вязкость воды является весьма структурно-чувствительным к изменению температуры свойством, что иллюстрируется соответствующей зависимостью (рис. 5.22).

Влияние температуры на вязкость воды и стадийность твердения портландцемента

Рис. 5.22. Влияние температуры на вязкость воды и стадийность твердения портландцемента

При низких положительных температурах вода характеризуется высокой степенью ассоциации, пониженной подвижностью и активностью, что приводит к растянутому во времени процессу поляризации, формированию и развитию межфазного энергетического комплекса, увеличению интервалов критического перенапряжения системы и стадий гидратообразования. Повышение температуры, напротив, снижает степень ассоциации молекул воды, увеличивает активность и подвижность диполей, интенсифицирует гидратообразование и твердение цементной системы. Если нанести на график (см. рис. 5.22) в соответствующем масштабе продолжительности гидратационных стадий, то полученные точки, практически, налагаются на кривую вязкости. Это обстоятельство убедительно указывает на определяющее влияние физического состояния (активности) именно молекул воды на интенсивность твердения цементных систем при различных температурных условиях.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>