Структура цементного камня, её влияние на свойства бетона.

Цементный камень включает:

непрореагировавшую часть клинкерных зерен, содержание которых с течением времени уменьшается;

гель, состоящий из частичек гидратных новообразований размером 5—20-Ю-3 мкм и более и гелевых пор диаметром от 1—3 10—3 мкм до МО-1 мкм. Объем гелевых пор при твердении цемента в нормальных условиях, по Т. Пауэрсу, составляет 0,28 общего объема геля с порами. Это составляет 0,28/(1—0,28) =0,39 объема твердой фазы геля. При твердении цемента при повышенных температурах под давлением объем гелевых пор, по данным Д. Рой, может уменьшаться до 0,22. Объем пор между частицами гидратных новообразований других вяжущих может значительно отличаться от тех, какие свойственны цементному камню. Так, минимальный объем.пор в гипсовом камне, образующемся при взаимодействии полуводного гипса с водой, составляет 0,15—0,17 объема твердой фазы двугидрата с порами (при условии твердения системы без набухания);

относительно крупные кристаллы таких новообразований, как Са(ОН)2, видимые в микроскоп и не обладающие свойствами коллоидов;

капиллярные поры размером в поперечнике от 0,1 до 20 мкм;

сферические воздушные поры размером от 50— 100 мкм до 2 мм; они образуются в небольшом количестве (2—5 %) вследствие вовлечения воздуха при изготовлении теста.

Такая структура цементного камня позволила В. Н. Юнгу образно назвать его «микробетоном». По представлениям И. А. Рыбьева, подобные структуры являются конгломератными.

Объемы непрореагировавшей части цемента, гелевых и капиллярных пор в значительных пределах изменяются во время твердения цемента. Так, зерна цемента размером до 5 мкм почти полностью гидратируются в течение 1—3 сут, а через месяц полная гидратация наступает и у частичек до 10 мкм. При этом, естественно, возрастает объем самого геля и гелевых пор.

При изготовлении цементного теста, раствора или бетона воды берется обычно 40— 70 % массы цемента, т. е. значительно больше, чем химически связывается. Избыточная вода размещается в гелевых порах, а также в промежутках между непрореагировавшей частью цементных зерен. После испарения свободной, не вошедшей в реакцию с цементом воды образуются поры, называемые капиллярными. С увеличением продолжительности твердения цемента объем капиллярных пор уменьшается, так как они заполняются гидратными новообразованиями. В зависимости от количества воды, введенной в тесто или в бетон при их изготовлении (В/Ц), а также от продолжительности твердения объем капиллярных пор в цементном камне колеблется в широких пределах — от 0 до 40 % и более. Таким образом, цементный камень характеризуется сложной тонкопористой структурой, оказывающей решающее влияние на многие его свойства (прочность, проницаемость, стойкость против действия агрессивных факторов, упруговязкопластические свойства и т. д.).

Рассмотрение капиллярных и иных пор по размеру позволяет классифицировать их следующим образом: микропоры, диаметр которых не превышает 0,01 мкм, переходные поры диаметром от 0,01 до 0,1—0,2 мкм, макропоры диаметром более 0,2 мкм.

Поры относятся к капиллярным, если их диаметр не превышает 20—30 мкм. В них вода удерживается силами поверхностного натяжения, причем поверхность мениска имеет вогнутую форму. Пустоты в цементном камне диаметром более 20—40 мкм не являются капиллярными и заполняются водой под действием гидростатического давления.

Объем пор определяют различными приемами —насыщением жидкостями, отсасыванием воздуха из пор и др. Распределение пор по размерам устанавливают методами капиллярной конденсации паров воды, ртутной по-рометрни при высоком (до 130 МПа) и низком (до 0,1 МПа) давлении, вытеснением газом жидкости из капилляров, оптической микроскопией.

Основной объем пор (70—80 %) в цементном камне месячного возраста обычно занимают капилляры диаметром меньше 1 мкм. Дифференциальные кривые распределения пор по размерам характеризуются наличием максимумов в пределах 0,01—0,1 мкм.

Рассматриваемая структура цементного камня обусловливает его исключительно высокую водонепроницаемость. Так, цементный камень, полученный из теста с В/Ц 0,4...0,45, характеризуется примерно такой же водонепроницаемостью, что и плотный естественный камень с объемом пустот до 2—3 %. Это объясняется огромным сопротивлением прохождению молекул воды через тончайшие микрокапилляры. Увеличение В/Ц до 60 % и более приводит к резкому росту водопроницаемости затвердевшего цемента. В десятки раз повышается водопроницаемость камня и после его высыхания. Последующее же водонасыщение не обеспечивает полного восстановления начальной непроницаемости, по-видимому, вследствие необратимых усадочных процессов, нарушающих тонкую капиллярную структуру цементного камня.

Бетоны и растворы характеризуются более высокой водопроницаемостью, чем цементный камень, что объясняется их меньшей однородностью и наличием крупных неплотностей, трещин и пор, возникающих в местах контакта цемента с заполнителями вследствие седиментационных явлений, а также различия показателей усадки и т. п. Введение в цемент хлоридов кальция, натрия и железа (2—5 %) и некоторых других веществ, по данным Ю. В. Чеховского, способствует значительному уменьшению как объемов и размеров макропор, так и проницаемости цементного камня.

Важно отметить большое влияние на свойства цементного камня сферических пор, образующихся в результате вовлечения воздуха при изготовлении теста и размещающихся в общей массе новообразований. Они являются или замкнутыми, или сообщающимися с капиллярами. Вследствие значительных размеров этих пор водяные пары в них не конденсируются. Расчленяя капилляры, поры препятствуют перемещению по ним воды.

28. (Екатерина Александрова)Морозостойкость портландцемента, влияние на неё минералогического состава клинкера, вида добавок, В/Ц отношения. Пути повышения морозостойкости.

Портландцементом называется гидравлическое вяжущее вещество, получаемое тонким измельчением портландцементного клинкера с гипсом, а иногда и со специальными добавками.

Клинкер получают обжигом до спекания тонкодисперсной однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины и некоторых других материалов (мергеля, доменного шлака и пр.). При этом обеспечивается преимущественное содержание в нем высокоосновных силикатов кальция (70—80 %). Гипс в портландцемент добавляют для регулирования скорости схватывания и некоторых других свойств. Клинкерный порошок без гипса при смешивании с водой быстро схватывается и затвердевает в цементный камень, который характеризуется пониженными техническими свойствами.

Свойства портландцемента определяются прежде всего качеством клинкера. Вводимые в него добавки предназначены для их регулирования.

Характеристику клинкера по минеральному составу устанавливают, определяя процентное содержание в нем основных клинкерных минералов: C3S (алита), CyS (белита), С3А и C4AF—главных носителей вяжущих свойств портландцемента.

Цементы с повышенным содержанием в клинкере C3S и С3А твердеют особо быстро и используются для изготовления быстротвердеющих портландцементов. Цементы с высоким содержанием C2S и C4AF твердеют медленно, но выделяют при твердении мало теплоты и идут на изготовление цементов с умеренной экзотерми-ей. Цементы с высоким содержанием СзА быстро схватываются и твердеют в ранние сроки, но обладают пониженной морозостойкостью и стойкостью в минерализованных, в частности, сульфатных водах.

Пластифицированный портландцемент

Пластифицированный портландцемент отличается от обыкновенного содержанием поверхностно-активной пластифицирующей добавки, повышающей подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси и придающей затвердевшим бетонам высокую морозостойкость. В качестве пластифицирующих добавок применяют сульфитно-спиртовую барду, которую можно вводить как при помоле цемента, так и непосредственно в бетонную смесь во время ее приготовления.

Сульфитно-спиртовая барда является эффективной добавкой для повышения морозостойкости бетонов, что объясняется главным образом получением цементного камня большей плотности.

Гидрофобный портландцемент

Гидрофобный портландцемент отличается от обыкновенного содержанием поверхностно-активной гидрофобизующей добавки

При приготовлении бетонов гидрофобизующие добавки вовлекают . в бетонную смесь большое количество мельчайших пузырьков воздуха -- до 30--50 л на 1 м3 смеси (3--5% по объему). Вовлеченный воздух улучшает .подвижность и удобоукладываемость смеси, а наличие в отвердевшем бетоне мельчайших замкнутых пустот способствует повышению его морозостойкости.

Сульфатостойкий портландцемент

Сульфатостойкий портландцемент применяют для получения бетонов, работающих в минерализованных и пресных водазу Изготовляют его из клинкера нормированного минералогического состава.

Цемент делится на марки -- 200, 300 и 400, характеризуется пониженной морозостойкостью

Дорожный портландцемент: Для дорожного бетона применяют портландцемент марки не ниже 300 при испытании в пластичных растворах. Для повышения морозостойкости дорожного бетона полезно введение воздухововлекающих добавок.

Билет №31(Александра Бортяш)