Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

О механизме деструкции цементных бетонов на поздних этапах твердения

РОЛЬ ВОДЫ В ТВЕРДЕНИИ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Вода – один из важнейших компонентов, участвующих в электрохимическом гидратационном процессе, формировании и упрочнении цементного камня и бетонов. Для полного протекания химического процесса необходимо около 20…25 % воды от массы цемента. На практике для получения необходимой удобоукладываемости бетонной смеси содержание воды увеличивают в два, три и более раз, что оказывает значительное влияние на ход процесса и конечный результат. При этом считается, что количество воды затворения влияет на «сроки схватывания» цемента – при увеличении расхода воды «начало» и «конец схватывания» цементного состава отодвигается во времени и наоборот

Здесь необходимы некоторые уточнения:

1) прежде всего, следует определиться, какие свойства и явления, приводящие к прогрессирующей потере пластичности цементных составов, могут быть отнесены к «схватыванию» вяжущего, а какие не должны ассоциироваться с этим понятием. Загустевание цементных систем вызываются химическим взаимодействием цементных минералов с водой затворения, но могут быть следствием явлений к химизму процесса отношения не имеющими (испарения влаги, водопоглощения пористым заполнителем, структурирования диполей добавками и т.п.). Вряд ли будет квалифицированным между всеми этими проявлениями ставить «знак равенства» и относить к схватыванию любое загустевание, независимо от его природы и механизма. И поскольку сам термин «схватывание» указывает на внезапность и неожиданность повышения структурной прочности, бесспорно, связанное со стадийной гидратацией цементных минералов, самоорганизацией клинкерных частиц, то и к «схватыванию» следует относить загустевание, вызванное исключительно химизмом процесса;

2) влияние водоцементного фактора на кинетику твердения цементной системы следует рассматривать с двух позиций – количественной и качественной. Количественная сторона – изменение параметров, отражающих конкретные физико-механические свойства твердеющего материала (вязкость, плотность, прочность и т.п.). Под качественной стороной следует понимать характер изменения процесса, время достижения «этапных» моментов («всплесков» структурной прочности, начала выделения тепла, экстремумов кривых электросопротивления), свидетельствующих о качественно новой стадии твердения;

3) экспериментально установлено, что такие факторы как водосодержание (В/Ц) и присутствие заполнителей не оказывают влияния на качественный ход твердения цементной системы, что связано с локализацией взаимодействия клинкерных минералов с водой затворения в плотной области двойного слоя (обведено на рис.2.2), поверхностным характером гидратационного процесса. Данное обстоятельство приводит к тому, что в цементном тесте, растворных и бетонных смесях различных консистенций при конкретном температурном режиме твердения характерные переломные точки кинетических кривых сопровождающих твердение свойств наблюдаются, практически, в одно и то же время, т.е. являются постоянной характеристикой, константой данного цемента;

4) для технологических целей несоизмеримо более ценной информацией обладает качественный аспект. Осуществление или, наоборот, прекращение тех или иных технологических воздействий в упомянутые «этапные» моменты позволит «направленно» воздействовать на процесс твердения бетона с целью интенсификации производства, экономии дорогостоящего цемента, приобретения продукцией повышенных физико-технических свойств. И если качественная сторона процесса не зависит от водоцементного фактора (содержания заполнителей), время наступления «этапных» моментов является константой данного портландцемента, то возникает вопрос, что же мы определяем иглой Вика?

5) прибор Вика изначально предназначался для сравнительной оценки различных цементов. Полученные параметры («начало» и «конец схватывания»), по замыслу авторов, позволяют судить об интенсивности твердения конкретного цемента. Опять-таки, возникает недоумение, на каком основании два вырванных из динамично развивающейся цементной композиции количественных показателя стали отождествлять со столь важными качественными этапами? Может быть, при выборе массы подвижной части и диаметра иглы прибора каким-то образом учитывалась динамика и особенности структурообразующего процесса? Вряд ли. Параметры приборы были приняты конструктивно, исходя из условий оперативного получения опытных данных. «Сроки схватывания» являются условными показателями, не отражающими «скачкообразной» сути процесса, в связи с чем их практическая (тем более, научная) значимость вызывает серьезные сомнения;

6) согласно ГОСТ310.3-76 «сроки схватывания» должны определяться исключительно на цементном тесте «нормальной густоты». Применение данного метода для изучения твердения цементных составов иных консистенций, действия химических добавок (электролитов, пластифицирующих), различных активизирующих приемов (домола цемента, омагничивания воды затворения и др.) недопустимо, ввиду неизбежного получения искаженных, не отражающих существа процесса результатов, ошибочных заключений и выводов (что мы имеем в действительности). Ведь игле Вика абсолютно безразлично, какие явления приводят к загустеванию теста − то ли это химические преобразования, то ли процессы, имеющие совершенно иную природу. Игла бесстрастно фиксирует внешнее проявление, не вникая в суть явления.

Более полувека назад (Е.Е.Калмыкова, Н.В.Михайлов) высказывалось мнение о непригодности традиционных «схватывающих» параметров для характеристики цементов в производственной практике и научных исследованиях. Данные параметры, характеризующие временной интервал, в течение которого цементное тесто обнаруживает определенное сопротивление проникающей в исследуемый материал игле, мало того, что не отражают физико-химической сущности твердения цемента, но в ряде случаев вводят в откровенное заблуждение. Следуя логике, после «конца схватывания» отформованное бетонное или железобетонное изделие нельзя подвергать сотрясениям, вибрации и прочим силовым воздействиям, ввиду, якобы, необратимой деструкции, снижения прочности и даже разрушения бетона. Но тогда как понять прямо обратный эффект − положительное влияние на все свойства бетона длительного многократного вибрирования или сверхраннего нагружения, прилагаемых к твердеющим изделиям много времени спустя после пресловутого «конца схватывания»?

Читать еще:  Приготовление штукатурного раствора своими руками. Емкость для раствора

Для характеристики цементов, как отмечалось, следует применять кинетические кривые пластической прочности и тепловыделения, полно и наглядно отражающих динамику процесса. В качестве параметров (для сравнения цементов, назначения тех или иных технологических воздействий) целесообразно использовать такие показатели, как «цикличность» или «стадийность» твердения (при нормальной и любой иной температуре твердения цементного теста удобной для проведения работ консистенции) или величина пластической прочности цементного теста с фиксированным значением В/Ц в момент протекания конкретного гидратационного акта.

Количество воды затворения не оказывает влияния на скорость поверхностной гидратации клинкерных зерен. Однако водоцементный фактор играет решающую роль в формировании контактной зоны и физико-технических свойств микробетона и бетона в целом. При низких значениях В/Ц, незначительном исходном разобщении цементных зерен жидкой средой самоорганизующиеся частицы вяжущего посредством накапливающихся на их поверхности гидратных продуктов обеспечивают получение уже в начальный период твердения качественных контактных зон, уплотняющихся и упрочняющихся по мере дальнейшего протекания процесса. И, напротив, при значительном разобщении цементных зерен водой контактные участки формируются рыхлыми, малопрочными, снижающими свойства бетона. Избыточная вода со временем испаряется, образуя сеть капилляров, седиментационных пустот и прочих дефектов, усугубляющих положение.

В то же время, количество водосодержания бетонных смесей не является столь однозначным фактором. При использовании жестких (с низким В/Ц) смесей можно получить прекрасные начальные прочностные и прочие показатели, однако дефицит воды непременно негативно отразится на полноте поверхностных гидратационных преобразований клинкерных зерен, будет способствовать образованию на их поверхности огромного количества массивных остаточных негидратированных зон, что непременно спровоцирует гидратацию вяжущего на поздних этапах, вызовет деструкцию бетона со сложно прогнозируемым результатом. Повышенное же исходное водосодержание, несмотря на ряд отмеченных отрицательных последствий, способствует, тем не менее, более полной гидратации цемента, формированию относительно стабильной структуры микробетона.

В этой связи, наблюдаемый сегодня массовый интерес к получению заоблачных марок бетонов за счет снижения В/Ц и использования гиперразжижителей вызывает определенные опасения и сомнения в целесообразности этой тенденции, т. е. «необходима осторожность при использовании бетонов высоких классов прочности в несущих конструкциях в том случае, если эта прочность достигается сочетанием низких В/Ц и добавок суперпластификаторов» (В.В.Бабков, А.Ф.Полак, П.Г.Комохов). Данный аспект приобретает особую значимость и актуальность в свете наметившихся перспектив строительства большепролетных и высотных монолитных железобетонных объектов.

Дата добавления: 2014-01-05 ; Просмотров: 266 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Схватывание и твердение бетона или цемента.

Многие знают, что цемент при взаимодействии с водой твердеет и превращается в так называемый цементный камень. Однако, немногие знают суть этого процесса: как твердеет, почему твердеет, что нам даёт осознание происходящей реакции и каким образом мы можем на неё воздействовать. На сегодняшний момент понимание всех стадий гидратации позволяет учёным изобретать новые добавки в бетон или цемент, так или иначе воздействующие на процессы, происходящие в период схватывания цемента и твердения бетонной или ЖБИ конструкции.

Заводы выпускающие ЖБИ или товарный бетон могут пользоваться этими добавками с огромной пользой для себя. Это и экономия электроэнергии и газа за счёт сокращения сроков пропаривания ЖБИ изделий, и снижение трудозатрат на вибрирование, и скорость оборачивания формоснастки или опалубки, и экономия цемента, и улучшение качественных характеристик товарного бетона и изделий ЖБИ. Всё это возможно за счёт применения специальных добавок для бетона или цемента. Перечень используемых на сегодняшний день добавок довольно велик, поэтому ему посвящён отдельный раздел добавки в бетон.

Вообще, в процессе набора прочности бетона присутствуют две основные стадии:

    схватывание бетона довольно короткая стадия, происходящая в первые сутки жизни бетона. Время схватывания бетона или цементного раствора существенно зависит от температуры окружающего воздуха. При классической расчётной температуре 20 градусов начало схватывания цемента происходит примерно через 2 часа после затворения цементного раствора, а конец схватывания наступает примерно через три часа. То есть — процесс схватывания занимает всего 1 час. Однако, при температуре 0 градусов этот период растягивается до 15-20 часов. Чего говорить, если само начало схватывания цемента при 0 градусов начинается лишь спустя 6-10 часов после затворения бетонной смеси. При высоких температурах, например при пропаривании ЖБИ в специальных камерах мы ускоряем период схватывания бетона до 10-20 минут!

В течение периода схватывания бетон или цементный раствор остаются подвижными, на них ещё можно воздействовать. Тут действует механизм тиксотропии. Пока Вы «шевелите» несхватившийся до конца бетон, он не переходит в стадию твердения, и процесс схватывания цемента растягивается. Именно поэтому доставка бетона на бетоносмесителях, сопровождающаяся постоянным перемешиванием бетонной смеси, способна сохранить её основные свойства. При желании прочтите подробности про основные свойства и состав бетона.

Из личного опыта могу вспомнить экстраординарные случаи, когда наши миксера с бетоном стояли и «молотили» на объекте по 10-12 часов, в ожидании разгрузки. Бетон в такой ситуации не твердеет, но происходят некие необратимые процессы, существенно снижающие его качества в дальнейшем. Мы называем это свариванием бетона. Особенно критичны такие мероприятия летом в жару. Вспомните сокращённые сроки схватывания цемента при высокой температуре, о которых мы говорили выше. Менеджеры и диспетчера Компании BESTO стараются избегать подобных казусов, но иногда происходят непредвиденные ситуации, в основном связанные с обрушением некачественной опалубки. Бетон разливается, все бегают, пытаясь его собрать, восстанавливают опалубку, а время идёт, а ещё не разгрузившиеся бетоносмесители с бетоном стоят и молотят. Хорошо, если есть куда переадресовать, а если нет? Одним словом — беда.

Читать еще:  Пена-цемент Макрофлекс (Makroflex): характеристики, использование
  • твердение бетона это процесс наступает сразу после окончания схватывания цемента. Представьте, что мы при помощи бетононасоса наконец-то уложили бетон в опалубку, он благополучно схватился, и тут собственно и начинается процесс твердения бетона. Вообще, твердение бетона и набор прочности ЖБИ идёт не месяц, и не два, а годы. 28 суточный срок регламентирован лишь для того, чтобы гарантировать определённую марку бетона на тот или иной период. График набора прочности бетона или ЖБИ нелинеен и в первые дни и недели процесс происходит наиболее динамично. Почему же так? А вот как раз давайте разберёмся. Пришла пора поговорить про процесс гидратации цемента.
  • Минералогический состав и гидратация цемента

    Мы не будем здесь разбирать сами стадии получения портландцемента, для этого есть специальный раздел, описывающий производство цемента более подробно. Нас интересует лишь состав цемента и его основные компоненты, вступающие в реакцию с водой при затворении цементного раствора или бетона. Итак. В качестве основы портландцемента рассматриваются четыре минерала, полученные в результате всех стадий производства цемента:

    • C3S трёхкальциевый силикат
    • C2S двухкальциевый силикат
    • C3A трёхкальциевый алюминат
    • C4AF четырёхкальциевый алюмоферит

    Поведение каждого из них на разных стадиях схватывания бетона и его твердения, существенно отличается. Одни минералы вступают в реакцию с водой затворения сразу, другие немного погодя, а третьи — вообще не понятно зачем здесь «ошиваются». Давайте рассмотрим всех по порядку:

    C3S трёхкальциевый силикат 3CaO x SiO2 минерал участвующий в процессе нарастания прочности цемента в течение всего времени. Без сомнения, он является главным звеном, хотя, в период первых суток жизни бетона у трёхкальциевого силиката есть серьёзный более шустрый соперник C3A, о котором мы упомянем позже. Процесс гидратации цемента является изотермическим, то есть — химическая реакция сопровождающаяся выделением тепла. Именно C3S «греет» раствор цемента при затворении, прекращает греть в период с начала затворения до момента начала схватывания, затем выброс тепла в течение всего периода схватывания и дальше происходит постепенное снижение температуры.

    Трёхкальциевый силикат и его вклад в набор прочности бетона наиболее значим лишь в первый месяц жизни бетонной или ЖБИ конструкции. Это те самые 28 дней нормального твердения. Далее, его влияние на набор прочности цемента ощутимо уменьшается.

    C2S двухкальциевый силикат 2CaO x Si02 начинает активно действовать лишь спустя месяц после затворения цемента в бетонной смеси, как будто принимая смену у своего трехкальциевого брата-силиката. В течение первого месяца жизни бетона или ЖБИ он в общем-то валяет дурака и ждёт своего часа. Это период безделья и расслабухи можно существенно сократить за счёт применения специальных добавок в цемент. Зато, его действие длится годами, в течении всего периода нарастания прочности железобетона, ЖБИ или бетона.

    C3A трёхкальциевый алюминат 3CaO x Al2O3 наиболее активный из перечисленных. Он начинает кипучую деятельность с самого начала процесса схватывания. Именно ему мы обязаны за набор прочности, в течение первых дней жизни бетона или железобетона. В дальнейшем его роль в твердении и наборе прочности минимальна, но в скорости ему нет равных. Марафонцем его не назовёшь, а вот спринтером, пожалуй — да.

    C4AF четрыёхкальциевый алюмоферит 4CaO x Al2O3 x Fe2O3 это как раз тот самый, который — «непонятно зачем вообще здесь ошивается». Его роль в наборе прочности и твердении минимальна. Незначительное воздействие на набор прочности отмечается лишь на самых поздних сроках твердения.

    Все перечисленные компоненты при затворении водой вступают в химическую реакцию, благодаря которой происходит нарастание, сцепление и осаждение кристаллов гидратированных соединений. По сути, гидратацию можно назвать и кристаллизацией. Так наверное понятней.

    Благодаря стараниям учёных и научным разработкам многочисленных испытательных лабораторий и НИИ стало возможным прогнозируемое и регулируемое воздействие на процесс гидратации цемента, влияние на начало и конец схватывания, регулируемая подвижность бетона, его прочность, коррозионная стойкость и так далее. В основном это делается за счёт применения специальных добавок в бетон. Спектр доступных методов воздействия на процесс схватывания цемента и дальнейшего набора прочности бетона или ЖБИ довольно широк и более подробно он описан в разделе добавки для бетона.

    Компания БЭСТО поставляет товарный бетон и раствор, изготовленные с применением самых современных добавок, позволяющих получать бетонные смеси и цементные растворы с улучшенными показателями по морозостойкости, водонепроницаемости, подвижности и т.д. Современное дозирующее и бетоносмесительное оборудование помогает добиться наилучших результатов по однородности состава бетонной смеси или цементного раствора.

    Читать еще:  LITOKOL: Современные технологии восстановления бетона и защиты арматуры

    Надеюсь, что не загидратировал Вам мозги своими силикатами и алюминатами. С трёхкальциевым приветом, Эдуард Минаев.

    ВВЕДЕНИЕ. Создание «направленного структурообразования», получение малоэнергоемкого продукта с заданными физико-механическими свойствами

    Создание «направленного структурообразования», получение малоэнергоемкого продукта с заданными физико-механическими свойствами, надежностью и долговечностью – важнейшая задача в технологии сборного и монолитного бетона и железобетона. Только в этом случае представится возможность изготавливать изделия и конструкции надлежащего качества, гарантировать нормативный срок эксплуатации без аварийных ситуаций и дорогостоящих ремонтно-восстановительных работ.

    Направленное структурообразование предусматривает осмысленное и целенаправленное оперирование различными технологическими приемами (тепловыми, химическими, электрофизическими), из которых особое место занимает активное силовое воздействие («фактор времени» при формовочных работах, повторное и многократное вибрирование твердеющего бетона, его раннее нагружение), осуществляемое в начальной стадии твердения цементного композита. Отмеченные приемы при символических затратах позволяют на многие десятки процентов увеличить прочность бетонов, сцепление цементного камня с заполнителем и арматурой, значительно сократить сроки твердения, повысить оборачиваемость оснастки, технологического оборудования, снизить расход портландцемента.

    Отсюда возникает вопрос: почему же, несмотря на такую эффективность, виброактивация, в частности, мало того, что не нашла должного распространения в отечественной строительной практике, но, зачастую, рассматривается как нечто «динозавроподобное», безвозвратно устаревшее, не сочетающееся с современным уровнем развития бетонной техники. Действительно, о каком повторном вибрировании может идти речь в условиях наметившейся тенденции полного исключения вибрации из технологического цикла, за счет применения гиперпластифицированных самоуплотняющихся бетонов? Беда в том, что наряду с получением заоблачных марок бетона, участились случаи аварийных ситуаций, связанных с обрушением изготовленных на основе «научных достижений» конструкций и сооружений.

    Основная проблема сложившейся в бетоноведении неопределенности и неоднозначности заключается в отсутствии установившегося мнения относительно механизма гидратации портландцемента, физической сущности синтеза свойств цементного камня и бетонов. Становится все более очевидной неадекватность тиражируемой сквозьрастворной схемы твердения реальному процессу, что делает проблематичным ясное представление сути и особенностей отвердевания, обоснование рациональных технологических приемов и воздействий, прогнозирование поведения бетонов в эксплуатационной стадии. В этом отношении достаточно отметить такие до сих пор не объясненные, «жизненно важные» с эксплуатационных позиций аспекты, как «скачкообразность» структурообразования, «пилообразный» набор прочности бетонов, сбросы прочности на поздних этапах, разрушение железобетона «без видимых на то причин» и многие другие свойства и явления. Вряд ли кого удовлетворит пояснение этих «аномалий» происками вездесущего эттрингита, перекристаллизацией «сростка», осмотическими силами, поздней гидратацией «реликтовых» клинкерных зерен и подобными маловнятными и сложновоспринимаемыми обстоятельствами.

    При гидратации цемента (и это отмечается многими исследователями) интенсивно протекают поверхностные, электрокинетические явления. Дисперсная («замороженная») твердая фаза цементной системы характеризуется огромной энергией, наличием «созвездием» энергетически ненасыщенных активных центров – неустойчивых связей ионов кальция. Второй компонент (вода) – высокоорганизованная, высокоинформационная полярная среда. Следовательно, при их соприкосновении поляризационные и электрокинетические процессы неизбежны, они просто не могут не протекать в данной микрогетерогенной композиции.

    Электрокинетический фактор является определяющим в химизме взаимодействия цементных минералов с водой, структурообразовании и упрочнении цементного камня. Образованию гидратных продуктов предшествует стадия формирования на границе раздела фаз «поверхность клинкерного зерна – вода» переходного активированного комплекса, включающего поверхностные активные точки частиц вяжущего, адсорбированные кластеры диполей, ионы добавок, коллоидные дисперсии, микропузырьки растворенного газа. Метастабильность комплекса определяет его неизбежное развитие (аккумулирование собственной энергии), достижение критического уровня, распад (появление в системе активных элементов), химизм явления, развитие вакуума, самоорганизации частиц вяжущего. Элементарные гидратационные акты протекают стадийно, чем и объясняется упоминавшаяся «скачкообразность» твердения цементных составов.

    Базовым аспектом проблемы является уточнение «конструктивного» устройства межфазной переходной энергетической композиции и чем достовернее это уточнение, тем более всесторонним и объективным будет трактовка дальнейшего развития событий. На основании изложенного можно заключить, что исчерпывающе полно механизм «становления» цементного камня (бетона) можно представить в совокупности адсорбционных, электрокинетических, коллоидно-химических явлений. Это позволит объяснить и рассмотреть в динамике и взаимосвязи ряд сопровождающих твердение свойств и явлений, уточнить действие на процесс различных технологических факторов, разработать технологические мероприятия для управления синтезом свойств цементного камня и бетонов.

    Решению отмеченных вопросов посвящена настоящая работа, которая явилась результатом проводимых на кафедре «Производство строительных изделий и конструкций» ГОУ ВПО КубГТУ под руководством автора финансируемых из средств федерального бюджета фундаментальных НИР: «Исследование взаимосвязей «внешние факторы – стадийность процесса» и разработка новых методов синтеза прочности цементных композиций» (2007-2009 гг.), «Исследование механизма деструкции цементных композиций на всех этапах твердения и разработка теоретических основ «синтеза прочности» бетонов с повышенной эксплуатационной надежностью» (2009-2011 гг.).

    Не претендуя на полноту изложения рассматриваемой проблемы, автор надеется, что работа привлечет внимание широкого круга специалистов в области бетона и железобетона, позволит с несколько иных позиций взглянуть на формирование и упрочнение этого загадочного объекта – цементного камня. Хочется думать, представленный материал явится своеобразным толчком проведения более углубленных исследований в данной области для разработки действительно работоспособной теоретической концепции в бетоноведении и технологии цементных бетонов.

    1. К ВОПРОСУ О «НАПРАВЛЕННОМ»

    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector