Splavmetal.ru

Сплав Металл
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Физико-химические процессы, происходящие при твердении бетона и их значение

Физико-химические процессы, происходящие при твердении бетона и их значение

Превращение цементного теста в камневидное тело обусловлено сложными химическими и физико-химическими процессами взаимодействия клинкерных минералов с водой, в результате которых образуются новые гидратные соединения, практически нерастворимые в воде.

Процесс гидролиза и гидратации трехкальциевого силиката выражается уравнением:

2 (ЗСаО- SiO2) + 6НаО = 3CaO.2SiO2.3HX> + ЗСа(ОН)2

В результате образуется практически нерастворимый в воде гидросиликат кальция и гидроксид кальция, который частично растворим в воде.

Двухкальциевый силикат гидратируется медленнее C3S и при его взаимодействии с водой выделяется меньше Са(ОН)2, что видно из уравнения реакции:

2 (2СаО -SiO2) + 4Н2О = ЗСаО -2SiO2 -ЗН2О + Са(ОН)2

Молярное соотношение СаО: SiO2 в гидросилнкатах, образующихся в цементном тесте, может изменяться в зависимости от состава материала, условий твердения и других обстоятельств. Поэто • му применяется термин C-S-H для всех полукристаллических и аморфных гидратов кальциевых силикатов. Гидросиликаты кальция низкой основности, имеющие состав (0,8. 1,5)CaO-SiO2′(1. . 2,5)Н2О, обозначаются (по Тейлору) формулой C-S-H(I), гидроси-. ликаты высокой основности (l,5. 2)CaO’SiO2-«H2O — формулой C-S-H(II). Образование низкоосновных гидросиликатов кальция повышает прочность цементного камня; при возникновении высокоог-новных гидросилнкатов его прочность меньше. При определенных условиях, например при автоклавной обработке, образуется тобермо-рит 5CaO-6SiO-5H2O, характеризующийся хорошо оформленными кристаллами, которые упрочняют цементный камень.

Взаимодействие трехкальциевого алюмината с водой приводит к образованию гидроалюмината кальция:

ЗСаО-Аl2О3 + 6Н2О = ЗСаО.А12О3.6Н2О

Реакция протекает с большой скоростью. Образующийся шестиводный трехкальциевый алюминат создает непрочную рыхлую кристаллизационную структуру и вызывает быстрое снижение пластических свойств цементного теста.

Замедления сроков схватывания портландцемента достигают введением при помоле небольшой добавки дву-водного гипса. В результате химического взаимодействия трехкальциевого гидроалюмината с введенным гипсом и водой образуется труднорастворимый гидро-сульфоалюминат кальция (эттрингит) по схеме:

ЗСаО • А12О3 -6Н2О + 3 (CaSO4 -2НаО) + (19. 20) Н2О = = ЗСаО • А12О3 • 3CaSO4 • (31. 32) НаО

В насыщенном растворе Са(ОН)2 эттрингит сначала выделяется в коллоидном тонкодисперсном состоянии, осаждаясь на поверхности частиц ЗСаО-А12О3, замедляет их гидратацию и продлевает схватывание цемента.

Таким образом, на некоторое время, пока не израсходуется весь находящийся в растворе гипс (обычно 1. 2 ч), предотвращается появление свободного гидроалюмината кальция и преждевременное загустевание цементного теста.

При правильной дозировке гипса он является не только регулятором сроков схватывания портландцемента, но и улучшает свойства цементного камня. Это связано с тем, что кристаллизация Са(ОН)2 из пересыщенного раствора понижает концентрацию гидроксида кальция в растворе и эттрингит уже образуется в виде длинных иглоподобных кристаллов. Кристаллы эттрингита и обусловливают раннюю прочность затвердевшего цемента. Кроме того, объем гидросульфоалюмината кальция более чем в 2 раза превышает объем исходных продуктов реакции. Так как такое увеличение объема происходит в еще не затвердевшем цементном тесте, то оно уплотняется, что способствует повышению прочности и морозостойкости цементного камня.

Четырехкальциевый алюмоферрит при действии воды гидролитически расщепляется с образованием шестивод-ного трехкальциевого алюмината и гидроферрита кальция по схеме:

4СаО -ALA- Fe2O3 + mH2O = ЗСаО • А12О3 • 6Н2О + + CaO-Fe2O3-«H3O

Однокальциевый гидроферрит, взаимодействуя с ги-дроксидом кальция, который образовался при гидролизе C3S, переходит в более основный гидроферрит кальция 3(4)CaO-Fe2O3-nH2O. Гидроалюминат связывается добавкой гипса, как указано выше, а гидроферрит входит в состав цементного геля.

При твердении цемента на воздухе рассмотренные выше реакции дополняются карбонизацией гидроксида кальция, протекающей на поверхности цементного камня.

Описанные химические превращения протекают параллельно с физико-химическими процессами микроструктурообразования, выражающимися в процессах молекулярного и коллоидного растворения, коллоидации и кристаллизации. В своей совокупности эти процессы приводят к превращению цемента при затворении водой сначала в пластичное тесто, а затем в прочный затвердевший камень. Ввиду сложности и недостаточной изученности указанных физико-химических процессов существует различное теоретическое толкование об их характере и последовательности. Как уже отмечалось, полнее других сущность твердения портландцемента и других неорганических вяжущих веществ была раскрыта в теории твердения этих вяжущих, выдвинутой А. А. Байковым и развитой затем другими советскими учеными — В. А. Киндом, В. Н. Юнгом, В. Ф. Журавлевым, П. П. Будниковым, П. А. Ребиндером, Н. А. То-роповым, А. Е. Шейниным, А. В. Волженским и др.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

При твердении портландцемента происходят сложные физико-химические процессы, являющиеся результатом взаимодействия клинкерных фаз и гипса с водой. Каждая фаза клинкера вступает в реакцию с водой, образуя с характерной для нее скоростью новые гидратные соединения.  [16]

При твердении портландцементов с добавками доменных или электротермофосфорных гранулированных шлаков вначале происходит гидратация и гидролиз клинкерных минералов. Ионы Са2, ОН, а также SO2 в растворе создают среду, вызывающую щелочное и сульфатное возбуждение зерен шлака, которые вовлекаются в гидратацию. Гидроксид кальция связывается шлаковыми минералами.  [17]

При твердении портландцемента после полной гидратации величина суммарной контракции составляет ( 5 — 7) — 10 — 5 м3 / кг. Чем больше воды связывается при гидратации, тем больше контракция. Поэтому цементы, содержащие повышенное количество алюми-натных и алюмоферритных минералов, показывают большую контракцию при твердении.  [18]

Читайте так же:
Чем смазать пластиковые формы для цемента

При твердении пуццолапового портландцемента происходят два процесса: первый — гидратация минералов портландцемент-ного клинкера и второй — взаимодействие активной минеральной добавки с гидратом окиси кальция, выделяющимся при твердении клинкера.  [19]

Тепловыделение, сопровождающее твердение портландцемента , обусловлено тем, что все реакции взаимодействия минералов цементного клинкера с водой экзотермичны.  [20]

Повышение скорости твердения портландцемента и абсолютной его прочности может быть достигнуто не только изменением химического и соответственно минералогического состава, но также посредством мероприятий, направленных на улучшение технологического процесса на отдельных его стадиях. Среди таких мероприятий необходимо в первую очередь отметить следующие.  [21]

Рассмотрим процесс твердения портландцемента . В результате взаимодействия вяжущего с водой образуются новые фазы, причем объем новой фазы меньше суммарного объема вяжущего и воды за счет перехода части воды в химически связанное состояние и изменения своей плотности, т.е. наблюдается контракция. Возникший дефект объема обуславливает появление вакуума в структуре твердеющего раствора, что в свою очередь приводит к всасыванию контактирующего с цементным камнем флюида.  [22]

В процессе твердения портландцемента основное значение имеет скорость схватывания и скорость твердения. Скорости взаимодействия клинкерных минералов с водой различны. Скорость гидратации клинкерных минералов определяет и скорость их твердения: чем быстрее гидратируется минерал, тем быстрее нарастает его прочность. Таким образом, данные о скорости гидратации клинкерных минералов могут быть использованы для проектирования минералогического состава клинкера портландцемента, к которому предъявляются особые требования в отношении скорости твердения.  [23]

При рассмотрении механизма твердения портландцемента отмечено [37], что перекристаллизация не может способствовать упрочнению цементного камня, так как она должна проходить в первую очередь за счет термодинамически наиболее активных мест контактов между отдельными кристаллами и этот процесс должен приводить к ослаблению структурной прочности цементного камня. На этом основании сделан вывод об ошибочности мнения, согласно которому рост прочности цементного камня вызывается перекристаллизацией гелеобразных новообразований.  [24]

Если состав продуктов твердения портландцементов исследован довольно детально и глубоко, то конечные продукты гидратации шлаковых цементов в условиях высоких температур и давлений изучены недостаточно. Из общетеоретических предпосылок можно полагать, что состав новообразований шлаковых цементов должен соответствовать парагенетическому положению их в системе CaO-MgO — SiO2 — A12O3 — H2O и в принципе не отличаться от гидратов портландцементов. Основное отличие шлаков от портландцементов заключается в меньшем содержании в первых окиси кальция и большем двуокиси кремния.  [25]

Байкову, процесс твердений портландцемента протекает в общем виде следующим образом. При за-творении цемента водой начинают происходить описанные выше химические реакции, причем в раствор переходят легкорастворимые исходные компоненты и новообразования. Получающийся при гидролизе трех-кальциевого силиката гидросиликат кальция практически нерастворим в воде, а выделяющийся одновременно с ним гидрат окиси кальция растворяется в ней легко. Растворение протекает до образования раствора, насыщенного Са ( ОН) 2, после чего последняя будет выделяться в виде коллоидного гидрата окиси кальция.  [26]

Байкову, процесс твердения портландцемента протекает в общем виде следующим образом. При за-творении цемента водой начинают происходить описанные выше химические реакции, причем в раствор переходят легкорастворимые исходные компоненты и новообразования. Получающиеся при гидролизе трех-кальциевого силиката гидросиликат кальция практически нерастворим в воде, а выделяющийся одновременно с ним гидроксид кальция растворяется в ней легко.  [27]

Какие существуют теории твердения портландцемента .  [28]

Природа процессов схватывания и твердения портландцемента очень сложна и окончательно в настоящее время еще не выяснена. Существуют две основные гипотезы, объясняющие переход жидкого цементного раствора в твердое состояние. Кристаллизационная гипотеза, начало которой положено Ле-Шателье, объясняет способность жидкого цементного раствора к схватыванию и твердению тем, что исходные минералы портландцементного клинкера имеют значительно большую растворимость, чем их соединения с водой. По этой гипотезе при затворении цемента водой в ней быстро растворяются минералы портландцементного клинкера. В водном растворе происходит их гидратация, и они превращаются в водные соединения — гидросиликаты, гидроалюминаты, гидроферриты и другие, растворимость которых в воде значительно меньше.  [29]

Физико-химические процессы схватывания и твердения портландцемента сопровождаются после небольшого ( обычно не фиксируемого) расширения усадкой, выражающейся в уменьшении внешнего объема твердеющего цемента, что приводит к увеличению прочности и одновременно пористости, а в некоторых случаях к перенапряжению структуры и частичному разрушению цементного камня.  [30]

Физико-химические основы цементного бетона

2. Примерно насколько дуб прочнее сосны на сжатие, если известно, что образец дуба тяжелее сосны в два раза, а масса сосны при 12%-й влажности равна 420 кг?

Предел прочности при сжатии древесины в зависимости от средней плотности:

R 12 =d p m 12 – t

где d, t –коэффициенты, зависящие от вида древесины:

Читайте так же:
Сколько кубе килограмм цемента для фундамента

для дуба d=850, t=67;

для сосны d=920, t=50.

p m 12 –средняя плотность древесины при стандартной влажности 12%, г/см³.

Средняя плотность дуба: p m 12 (дуба) =840кг/м³=8,4г/см³;

Средняя плотность сосны: p m 12 (сосны) =420кг/м³=4,2г/см³.

Предел прочности дуба R 12 =d p m 12 – t = 850*8,4–67=70,73 МПа

Предел прочности сосны R 12 =d p m 12 – t = 950*4,2–50=39,40 МПа

Дуб прочнее сосны на сжатие примерно на: 70,73 МПа — 39,40 МПа = 31,33 МПа или прочнее в: раза.

1. Как изготавливают газосиликат и газобетон и в чем отличие их в процессе поризации?

Газосиликат — разновидность ячеистых материалов, получаемая из смеси извести, молотого или мелкого песка и воды с газообразующими (порообразующими) добавками, с применением обычно автоклавной обработки для ускорения твердения. В качестве газообразующих добавок часто используют алюминиевую пудру.

Газобетон — это один из видов ячеистых бетонов (наряду с пенобетоном и газопенобетоном), представляющий собой искусственный камень с равномерно распределёнными по всему объёму сферическими порами диаметром 1-3 мм. Качество газобетона определяет равномерность распределения, равность объёма и закрытость пор. Основными компонентами этого материала являются цемент, кварцевый песок и алюминиевая пудра, также возможно добавление гипса и извести. Сюда могут входить и промышленные отходы, такие как, например, зола и шлаки. Сырьё смешивается с водой заливается в форму и происходит реакция воды и алюминиевой пудры, приводящая к выделению водорода, который и образует поры, смесь поднимается как тесто. После первичного затвердевания разрезается на блоки, плиты и панели. После этого изделия подвергаются закалке паром в автоклаве, где они приобретают необходимую жёсткость, либо высушиваются в условиях электроподогрева. В зависимости от условий твердения газобетон подразделяется на автоклавный газобетон и неавтоклавный газобетон.

Технологии изготовления газобетона и газосиликата очень похожи, разница заключается лишь в том, что для блоков газосиликата в качестве основного наполнителя используют смесь извести(24%) с молотым кварцевым песком(около 62%), а для блоков газобетона – цемент(50 – 60%).

Поризация смеси осуществляется за счет химической реакции газообразователя (чаще всего это — алюминиевая пудра) со щелочью, в результате чего, образующийся водород выделяется виде газовых пузырьков. Полученную смесь формуют и нарезают на готовые блоки.

2. Связь реологических и технологических свойств бетонной смеси; классификация смесей по показателям удобоукладываемости.

Реологические свойства бетонной смеси

Бетонной смесью называют рационально составленную и тщательно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения.

Состав бетонной смеси определяют, исходя из требований к самой смеси и к бетону.

Основной структурообразующей составляющей в бетонной смеси является цементное тесто.

Независимо от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям: обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения и сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении.

При действии возрастающего усилия бетонная смесь вначале претерпевает упругие деформации, когда же преодолена структурная прочность, она течет подобно вязкой жидкости. Поэтому бетонную смесь называют упруго-пластично-вязким телом, обладающим свойствами твердого тела и истинной жидкости.

Свойство бетонной смеси разжижаться при механических воздействиях и вновь загустевать в спокойном состоянии называется тиксотропией

Технические свойства бетонной смеси

При изготовлении железобетонных изделий и бетонировании монолитных конструкций самым важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость (или удобоформуемость), т.е. способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя свою однородность.

Для оценки удобоукладываемости используют три показателя:

-подвижность бетонной смеси (П), являющуюся характеристикой структурной прочности смеси;

-жесткость (Ж), являющуюся показателем динамической вязкости бетонной смеси;

-связность, характеризуемую водоотделением бетонной смеси после ее отстаивания.

Подвижность бетонной смеси характеризуется измеряемой осадкой (см) конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащей испытанию. Подвижность бетонной смеси вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси. Если осадка конуса равна нулю, то удобоукладываемость бетонной смеси характеризуется жесткостью.

Жесткость бетонной смеси характеризуется временем (с) вибрирования, необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости.

Связность бетонной смеси обуславливает однородность строения и свойств бетона. Очень важно сохранить однородность бетонной смеси при перевозке, укладке в форму и уплотнении. При уплотнении подвижных бетонных смесей происходит сближение составляющих ее зерен, при этом часть воды отжимается вверх. Уменьшение количества воды затворения при применении пластифицирующих добавок и повышение водоудерживающей способности бетонной смеси путем правильного подбора зернового состава заполнителей являются главными мерами борьбы с расслоением подвижных бетонных смесей.

Удобоукладываемость бетонной смеси

Количество воды затворения является основным фактором, определяющим удобоукладываемость бетонной смеси. Вода затворения (В, кг/м3) распределяется между цементным тестом (Вц) и заполнителем (Взап): В= Вц + Взап. Количество воды в цементном тесте определяют его реологические свойства: предельное напряжение сдвига и вязкость, а следовательно, и технические свойства бетонной смеси — подвижность и жесткость.

Водопотребность заполнителя Взап является его важной технологической характеристикой; она возрастает с увеличением суммарной поверхности зерен заполнителя и поэтому велика у мелких песков.

Читайте так же:
Цемент 50кг д20 м400 евроцемент

Для обеспечения требуемой прочности бетона величина водоцементного отношения должна сохраняться постоянной, поэтому возрастание водопотребности вызывает перерасход цемента. При мелких песках он достигает 15-25%, поэтому мелкие пески следует применять после обогащения крупным природным или дробленым песком и с пластифицирующими добавками, снижающими водопотребность.

Таблица 1. Показатели удобоукладываемости бетонной смеси, применяемой для изготовления бетонных и железобетонных конструкций.

Показатель жесткости, с

Вид конструкции и методы изготовления

Кольца канализационные, трубы, блоки, формуемые с немедленной распалубкой

Стеновые панели, пустотелые перекрытия, формуемые в горизонтальном положении с вибропригрузом

Колонны, ригели, прогоны, блоки, плиты, формуемые на виброплощадке без пригруза

Плоские или ребристые плиты покрытий стеновых блоков, формуемые на одночастотных виброплощадках

То же, на 2-частотных виброплощадках

Тонкостенные конструкции, сильнонасыщенные арматурой, формуемые на виброплощадках

3. Как получить морозостойкий бетон?

Морозостойкость бетона характеризуется коэффициентом F (количество циклов попеременного замораживания и оттаивания) и отношением потери массы бетонного образца после одного цикла. Для придания тяжелому бетону таких свойств используют морозостойкие добавки в бетон, а также присадки к бетону морозостойкие. В России традиционно используются такие морозостойкие добавки в бетон, как формиат натрия, нитрит натрия и формиат кальция, а также поташ и хлористый кальций для ускорения твердения при отрицательных температурах.

К сожалению, традиционные добавки кроме явных положительных свойств, имеют и ряд отрицательных таких, как понижение коррозионной стойкости железобетонной конструкции. В связи с этим рекомендуется применять морозостойкие добавки в бетон в составе специальных морозостойких смесей или комплексных морозостойких добавок. Естественно стоимость морозостойкого бетона выше, чем у обычного тяжелого бетона, в связи с использованием противоморозных добавок в бетоне, но выгода от возможности ведения качественной работы при отрицательных температурах и повышение показателей долговечности нивелирует повышение себестоимости изготовления морозостойкого бетона.

При проведении стандартизированных испытаний применение морозостойкого бетона 300 марки ничем не ограничено, и после прохождения испытаний морозостойкий бетон может применяться для изготовления любых бетонных и железобетонных конструкций. Повышение показателей морозостойкости бетона является приоритетной задачей для увеличения долговечности железобетонных конструкций и строительства в тяжелых климатических условиях, что особенно актуально для России, где сфера производства и продажи бетона пока не достаточно развита.

4. Что такое класс бетона и как связан класс бетона с маркой бетона по прочности?

Класс бетона — характеристика бетона, определяемая величиной гарантированной прочности бетона на сжатие.

Марка или класс — это главный показатель качества бетонной смеси, на который обычно акцентируется внимание при покупке бетона. Другие же показатели, такие как: морозостойкость, подвижность, воднонепроницаемость — в данной ситуации отходят на второй план. Первоначально, всё же, — выбор по марке или классу. Вообще, прочность бетона — довольно изменчивый параметр, и в течение всего процесса твердения — она нарастает. Например: через трое суток — будет одна прочность, через неделю — другая (до 70% от проектной, при соответствующих погодных условиях). Через стандартный срок — 28 дней нормального твердения — набирается проектная (расчётная) прочность. Ну а через полгода она становится ещё выше. В принципе, твердение бетона и набор его прочности идёт долгие годы.

Марки бетона в цифрах м 100, м 150, м 200, м 250, м 300, м 350, м 400, м 450, м 500 Полный диапазон марок от м 50 до м 1000. Основной диапазон применения 100-500. Марка бетона напрямую зависит от количества цемента в составе бетонной смеси.

Класс бетона B 7.5, B 10, B 12.5, B 15, B 20, B 22.5, B 25, B 30, B 35, B 40 Полный диапазон классов от В 3.5 до B 80. Основной диапазон B7.5-B40.

5. Контроль качества бетонной смеси и бетона.

Контроль качества бетона организуется на всех стадиях производства бетона и включает контроль свойств исходных материалов, приготовление бетонной смеси и ее уплотнение, структурообразование и твердение бетона и свойств готового изделия.

Входной контроль включает проверку качества и соответствие стандартам и техническим условиям поступающих на предприятие: цемента, заполнителя и других видов сырья. Поступающие на предприятие заполнители подвергают входному контролю и оценивают их основные свойства. Поступающую на предприятие арматуру оценивают по двум основным показателям пределу текучести и пределу разрыва.

Операционный контроль – контроль качества выполнения технологических процессов, осуществляемый во время выполнения определенных операций в соответствии с установленными режимами, инструкциями и технологическими картами. Этот контроль включает в себя проверку натяжения арматуры, правильность укладки каркасов и сеток в формы, точность изготовления арматуры и другие параметры.

Приемочный контроль это контроль готовой продукции, по результатам которого принимается решение о пригодности к поставке потребителю.

Прочность бетона на сжатие оценивают по результатам испытаний образцов-кубов 10х10х10 см в возрасте 28 суток. Прочность бетона в конструкции считают достаточной, если ни в одном из испытаний снижение прочности по сравнению с проектной маркой бетона не превышает 15%.

Читайте так же:
Пропорции смеси цемент песок для пола

Если при испытании образцов окажется, что это требование не выполняется, то состав бетона немедленно корректируют, а возможность использования ранее забетонированных конструкций определяется проектной организацией.

Изобразить схему производства минеральной ваты.

Технологический процесс производства шлаковой ваты (рис. 1), как и других разновидностей минеральной ваты, состоит из двух основных стадий: получения расплава и переработки его в волокно. Из шлаковой ваты с помощью органических и неорганических вяжущих

Рис. 1. Схема производства минеральной ваты из огненно-жидких шлаков: 1 — бункер для песка; 2 — питатель; 3 — наклонный шнек; 4- тарельчатый питатель; 5 — сушильный барабан; 6 — конвейер; 7 — тельфер; 8- шнек-питатель; 9 — копер для пробивки шлаковой корки; 10 — шлаковый ковш; 11 — желоб для слива шлака в печь-шлакоприемник; 12 — печь-шлакоприемник; 13 — печь-питатель; 14- камера волокноосаждения; 15- дымосос с системой очистки воздуха от пыли

Список литературы и ссылки :

1. Завадской В.Ф., Иноземцева С.А. Материаловедение: Контрольные задания и методические указания к контрольным работам для студентов всех специальностей заочной формы обучения. Новосибирск 2004

Структура бетона и физико-химические процессы, происходящие при ее формировании

Структура бетона образуется в результате затвердевания (схватывания) бетонной смеси и последующего твердения бетона. Определяющее влияние на ее формирование оказывают гидратация цемента, его схватывание и твердение.

По современным данным, в начальный период при смешивании цемента с водой в процессе гидролиза трехкальциевого силиката выделяется гидроксид кальция, образуя пересыщенный раствор. В этом растворе находятся ионы сульфата, гидроксида и щелочей, а также небольшое количество кремнезема, глинозема и железа. Высокая концентрация ионов кальция и сульфат-ионов наблюдается непродолжительное время после затворения цемента водой, так как в течение нескольких минут из раствора начинают осаждаться первые новообразования — гидроксид кальция и эттрингит.

Приблизительно через час наступает вторая стадия гидратации, для которой характерно образование очень мелких гидросиликатов кальция.

Вследствие того, что в реакции принимают участие лишь поверхностные слои зерен цемента, размер зерен цемента уменьшается незначительно.

Вновь образующиеся гидратные фазы, получившие название цементного геля, характеризуются очень тонкой гранулометрией .

Новообразования в первую очередь появляются на поверхности цементных зерен. С увеличением количества новообразований и плотности их упаковки пограничный слой становится малопроницаем для воды примерно в течение 2…6 ч.

КП 270106. 03. 000 ПЗ

Вторую стадию замедленной гидратации принято называть «скрытым или индукционным периодом» гидратации цемента.

В течение скрытого периода цементное тесто представляет собой плотную суспензию, стабилизированную действием флокулообразующих сил. Однако силы притяжения между цементными частицами в воде относительно слабы, что может быть объяснено следующим образом. Покрытые гелем зерна цемента образуют вокруг себя сольватный слой и имеют положительный потенциал. Совместное действие сольватного слоя и электрического заряда препятствует непосредственному контакту между соприкасающимися зернами. Вместе с тем эти зерна испытывают межчастичное притяжение, по крайней мере на некоторых пограничных участках. Силы отталкивания и притяжения уравновешиваются на некотором расстоянии от поверхности раздела, где потенциальная энергия частиц минимальна. Цементное тесто под действием этих сил приобретает связанность и подвижность. В течение скрытого периода происходит постепенное поглощение поверхностными оболочками цементных зерен воды, толщина водных прослоек между зернами уменьшается, постепенно понижается подвижность теста и бетонной смеси. В гелевых оболочках появляется осмотическое давление. Внутренние слои цементных зерен, реагируя с водой, стремятся расшириться. В результате наступает разрушение гелевых оболочек, облегчается доступ воды в глубь цементных зерен, ускоряется процесс гидратации цемента.

Наступает третья стадия процесса гидратации. Она характеризуется началом кристаллизации гидроксида кальция из раствора. Этот процесс происходит очень интенсивно.

Так как на этом этапе количество гидратных фаз относительно мало, то в пространстве между частицами цемента происходит свободный рост тонких пластинок гидроксида кальция и эттрингита в виде длинных волокон, которые образуются одновременно. Волокна новообразований проходят через поры, разделяют их на более мелкие и создают пространственную связь между гидратными фазами и зернами цемента, увеличением содержания гидратных фаз между ними возникают непосредственные контакты, число которых увеличивается — цементное тесто схватывается, затвердевает, образуется цементный камень.

КП 270106. 03. 000 ПЗ

Образовавшаяся жесткая структура сначала является очень рыхлой, но постепенно она уплотняется: в заполненных водой порах этой структуры непрерывно появляются новые гидратные фазы. Объем пор и их размеры уменьшаются, возрастает количество контактов между новообразованиями, утолщаются и уплотняются гелевые оболочки на зернах цемента, срастающиеся в сплошной цементный гель, с включением непрореагировавших центров цементных зерен. В результате возрастает прочность цементного камня и бетона. Схематически процесс преобразований, происходящих в системе цемент-вода в процессе гидратации цемента, показан на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схема процесса преобразований в структуре цементного теста и камня при гидратации цемента: а) — цементные зерна в воде -начальный период гидратации; б) — образование гелевой оболочки на цементных зернах — скрытый период гидратации; в) — вторичный рост гелевой оболочки после осмотического разрушения первоначальной оболочки, образование волнистых и столбчатых структур на поверхности зерен и в пора цементного камня — третий период гидратации; г) -уплотнение структуры цементного камня при последующей гидратации цемента

Читайте так же:
Правильная работа с цементом

КП 270106. 03. 000 ПЗ

Для удобства расчетов и прогнозирования свойств бетона процесс формирования его структуры можно разбить на три периода: первоначальный, в течение которого бетонная смесь превращается в бетон, последующий, во время которого структура бетона постепенно упрочняется, и третий, когда структура стабилизируется и почти не изменяется со временем (рисунок 2). Границей между первым и вторым периодами является точка А, определяющая момент, когда первоначальная структура бетона уже возникла и в дальнейшем происходит лишь ее упрочнение. В этом случае изменение прочности бетона в последующем периоде подчиняется логарифмическому закону, что позволяет более точно прогнозировать изменение свойств бетона во времени.

Рисунок 2 — Расчетные периоды структурообразования: — период образования первоначальной структуры; — период упрочнения структуры; — период стабилизации структуры.

В процессе формирования структуры бетона и ее последующего твердения изменяется не только прочность бетона, но и другие свойства: пористость, тепловыделение, электропроводность и т. д. Процессы формирования структуры сопровождаются объемными изменениями: в зависимости от условий твердения бетон может либо увеличиваться, либо уменьшаться в объеме; последнее происходит чаще и носит название усадки. Все эти изменения более значительны на первоначальном этапе формирования структуры и особенно в период превращения псевдожидкой структуры бетонной смеси в твердую структуру бетона и постепенно затухают с возрастом бетона.

Поэтому структуру бетона следует классифицировать по содержанию цементного камня и его размещению в бетоне. Однако на свойства бетона определяющее влияние оказывает его плотность или пористость. При прочих равных условиях объем и характер пористости, а также соотношение в свойствах отдельных составляющих бетона определяют его основные технические свойства, долговечность, стойкость в различных условиях. В этой связи целесообразно классифицировать структуру бетона с учетом ее плотности.

КП 270106. 03. 000 ПЗ

На рисунке 3 показаны основные типы структур: плотная, с пористым заполнителем, ячеистая и зернистая. Плотная структура, в свою очередь, может иметь контактное расположение заполнителя, когда его зерна соприкасаются друг с другом через тонкую прослойку цементного камня, и «плавающее» расположение заполнителя, когда его зерна находятся на значительном удалении друг от друга. Ячеистая структура отличается тем, что в сплошной среде твердого материала распределены поры различных размеров в виде отдельных условно замкнутых ячеек. Зернистая структура представляет собой совокупность скрепленных между собой зерен твердого материала. Пористость зернистой структуры непрерывна и аналогична пустотности сыпучего материала.

Рисунок 3 — Основные типы макроструктуры бетона: а) — плотная; б)- плотная с пористым заполнителем; в — ячеистая; г) — зернистая: R б — средняя прочность структуры; R1 и R2 — прочности составляющих бетона

Наибольшей прочностью обладают материалы с плотной структурой, меньшей — с зернистой. Плотные материалы менее проницаемы, чем ячеистые, а те, в свою очередь, менее проницаемы, чем материалы зернистой структуры. Последние обладают, как правило, наибольшим водопоглощением.

Большое влияние на свойства материала оказывает размер зерен, пор или других структурных элементов. В этой связи в бетоне различают макроструктуру и микроструктуру. Под макроструктурой понимают структуру видимую глазом или при небольшом увеличении. В качестве структурных элементов здесь различают крупный заполнитель, песок, цементный камень, воздушные поры. Микроструктурой называют структуру, видимую при большом увеличении под микроскопом. Дл бетона большое значение имеет микроструктура цементного камня, которая состоит из непрореагировавших зерен цемента, новообразований и микропор различных размеров.

КП 270106. 03. 000 ПЗ

Цементный камень является основным компонентом бетона, определяющим его свойства и долговечность. Основной составляющей микроструктуры цементного камня являются гидросиликаты кальция.

Цементный камень содержит участки с различной структурой, сложенные разными минералами. Его строение отличается сложностью, многообразием и неоднородностью. Неоднородность строения обусловлена тем, что цементный камень состоит из глобул цементных зерен с постепенно убывающей к их поверхности плотностью, контактной зоны между глобулами, состоящей из различных новообразований, а также включает поры, неплотности и дефекты структуры. Необходимо учитывать и химическую неоднородность камня.

Для различных видов бетонов характерна своя структура, так для бетона касетного производства характерна плотная структура (Рисунок.3 а). Которая состоит из сплошной матрицы твердого материала (цементного камня), в которую вкраплены зерна другого твердого материала (заполнителя), достаточно прочно связанные с материалом матрицы. Бетон с плотной структурой менее проницаем, более коррозионностоек и жаростоек чем бетоны с другими структурами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector