Четверта стадія

Спостерігається незначний ріст модуля пружності і основне збільшення міцності. Швидкість гідратації найменша. Можна вважати, що наростання міцності відбувається за рахунок субмікрокристалічної (гелевидної) повільно

Раніше було встановлено, що введення в воду малих добавок глинистих мінералів (від 0,1 до 5%) збільшує міцність бетонних зразків, підданих тепло-вологій обробці, до 30%. Глинисті добавки скорочують тривалість першої стадії структуроутворення і отже, час прикладання механічної активації, котра і в цьому випадку додає додатковий приріст міцності, котре загалом складає більше 60%. Подібні результати оптимальної вібраційної активації отримані при дослідженні зразків бетону з малими добавками полімерів.

І найбільше ущільнення системи, про яке можна судити по контрактації, досягнутої в кінці першої стадії максимальної величини. Модуль швидкої еластичної деформації в першій стадії змінюється у межах від 10⁴ до 10⁶ дин/см ², спостерігається розвиток повільних високоеластичних деформацій з періодом ретардації (1-3)10² с. Приведенні данні характеризують коагулентні структури.

Однак велике значення модулів швидкої еластичної деформації, що сформувались на даний момент часу періодичної колоїдної структури (ПКС) дозволяють вважати, що в ній,крім коагулентних контактів, обумовлених молекулярними силами тяжіння, беруть участь також і інші сили взаємодії електричної природи, зв’язані з поляризаційними явищами. Спади модулів пружності і різниці частот, що спостерігаються під час першої стадії, обумовленні очевидно, утворенням ПКС в обмежених умовах, обмеженого об’єму системи, коли додавання невеликої кількості електроліту зв’язане із збільшенням кількості іонів при розчиненні часточок в’яжучого, викликає стиск іонних шарів і зменшення радіусу дій сил відштовхування. При цьому змінюється сумарна потенційна енергія взаємодії, в наслідок чого часточки будуть рухатись більш вільно і пружні властивості різко зменшаться.

Міцність матеріалу надають міжмолекулярні сили зв’язків, а саме ван-дер-ваальсові слабкі сили тяжіння між неполярними молекулами або дипольні взаємодії між полярними молекулами і лише не в значній мірі хімічні зв’язки, що утворюються при щільному зростанні окремих граней переплетень або поверхонь кристалів.

Дослідження, проведені за допомогою електронного мікроскопа, вказують на те, що в цементному камені, тверднучому в нормально-вологих умовах і пропарюванні, переважає «пухка» ультра мікроструктура, що складається з колоїдних часток з вкрапленнями в них кристалічними новоутвореннями, а в цементному або силікатному камені автоклавного твердіння із хаотичних переплетених між собою волокон і волокнистих пластинок.

Пухка ультра мікроструктура вказує на доцільний пошук шляхів для отримання цементного і силікатного каменю, гідросилікату і гідроалюмінату кальцію, а також гідрогранату котрі достатньо щільно стикались одне з одним. В результаті чого збільшилась би участь хімічних зв’язків по відношенню до міжмолекулярних зв’язків.

Іншою проблемою є зменшення гелевої складової цементного каменю в результаті введення інтенсифікаторів кристалізації у цементне тісто, що твердне у нормально-вологому стані або пропарюванні.

Щільність і міцність цементного каменю також можна покращити за рахунок змішування у особливій пропорції цементу двох різних заводів (тоді вплив надає и гранулометрія і хімічний склад клінкерної частини цементу), домолом невеликої частини цементу (наприклад, 20% алітового низькоалюмінатного цементу) і наступним змішуванням з не домолотою частиною цього цементу.

Ребиндер проводить чітку відмінність між коагуляційною структурою і кристалізаційною структурою.

Кристалізація новоутворень з пересиченого розчину відбувається в результаті появи і розвитку "центрів кристалізації". Таким чином на оснаве коагуляційної структури розвиваються спочатку більш менш рихла кристалізаційна продуктів гідратації. Що стосується міри кристалічності, то тоберморит в повністю гідратованій і затверділій пасті, тобто в стані кристалізаційної структури, все ще погано окристалізований.

Природа гідрата силікату кальцію. Явище схоплювання в цементі відбувається головним чином завдяки наявності продуктів гідратації C3S, проте якщо C3S майже миттєво взаємодіє з водою, з утворенням пересиченого розчину гідроксиду кальцію, структура не виникає аж до часу початку схоплювання. Ці факти підтверджують, що гідрати силікату кальцію знаходяться в продовженні цього періоду в колоїдному стані.

Захисні оболонки. Адсорбція і поверхневі процеси грають головну роль в процесі взаємодії на початкових стадіях. Частина продуктів гідратації, що утворилися спочатку, відкладаються на поверхні клінкерних зерен. У разі зерен C3A і алюмоферритных фаз ця оболонка - високосульфатний гідроалюмінат кальцію. Швидкість гідратації C3S, спочатку висока, зменшується до відносно низького значення, після чого прискорюється знову до моменту початку схоплювання. Така поведінка примушує припускати, що з якоїсь невідомої причини оболонка приблизно в цей період втрачає свою здатність уповільнювати процес.

Дифузія як регулюючий процес. Прагнення цементних мінералів до рівних або постійних порциальным швидкостей гідратації припускає наявність механізму, який здатний значною мірою протидіяти тим швидкостям, які характерні для гідратації окремо. Після первоначальних дуже швидких реакцій гідратація цементу регулюється дифузією через оболонку з продуктів гідратації.

У разі цементу з високим вмістом C2S гідратація регулюється швидше дуже низькою швидкістю гідратації, властивої цьому з'єднанню, чим процесом дифузії.

Клінкерні мінерали роблять значний вплив один на одного при гідратації. Вони ніколи не гідратуються абсолютно незалежно далі в початкові стадії процесу.

Мікроструктура цементного каменю в залізобетонних виробах. По своїй структурі цементні розчини і бетони є штучними конгломератами, основні структурні елементи яких - заповнювач і цементний камінь, що зв'язує їх. Властивості такого конгломерату визначаються його макро- і мікроструктурою. Макроструктура бетону характеризується розподілом в нім цементного каменю великого і дрібного заповнювачів, а також пір, заповнених розчинами мінеральних речовин і повітрям.

Великий і дрібний заповнювачі у бетоні є його каркасом, значитель що зменшує усадку. Якість і кількість заповнювача робить значний вплив на макроструктуру бетону, його міцність і інші властивості. Пористість у бетоні буває відкритою і закритою. Відкриті пори порушують структуру бетону і значно погіршують його якість: зменшують водонепроникність, збільшують водопоглинання, знижують морозо- і корозійну стійкість. Закриті пори, навпаки, покращують експлуатаційні властивості бетону, підвищуючи його довговічність.

При виробництві бетону, змінюючи початкові матеріали, склад, технологічні режими, можна регулювати отримання наперед заданої макроструктури бетону. Питання дослідження макроструктури бетонів, впливи різних чинників на процес їх формування в літературі досить детально. [1, 2, 3, 4]

У властивостях бетону не менш важливу роль грає його макроструктура, яка включає мікроструктуру цементного каменю, контактних зон із заповнювачем і арматурою і окремих пір, тобто мікроструктуру місць, що забезпечують склеювання конгломерату.

Т.М Беркович СРСР

Положення про те, що аліт є основним фактором швидкого твердіння і високої міцності портландцементу у наш час є тривіальним.

Однак, як виявилося при дослідженні Ю. М. Бутта, В. В. Тимащева, І. В. Кравченко, С. М. Рояка, М. І. Стрелкова та інших вчених, існують оптимальні межі збільшення аліту в клінкері , що зв’язане з рядом технічних та економічних показників.

У зв’язку з цим заслуговує уваги питання про необхідність прискорення гідратації C₃S.

При розгляді факторів, що впливають на цей показник, ми, як і багато дослідників, виходимо з того, що кінетика гідратації у значній мірі визначається дифузійним опором тоберморитоподібної фази.

Ряд робіт, у тому числі почутих на даному конгресі (А. І. Бойкова, А. Ф. Шуров, М. А. Сорочкин, Т. А. Ершова, В. Л. Шестаков и В. З. Піроцкий), дозволяє зробити висновок, що структура та міцність клінкерів надають суттєвий вплив на опір їх подрібненню і мінералогічний склад окремих фракцій цементу. Ця обставина повинна вплинути на сумарну поверхню поділу гідратованих і не гідратованих фаз і відповідно на товщину і опір дифузійного шару.

Питання злиття Ca(OH)₂ при гідратації і твердненні цементу був піднятий у доповідях Л. Е. Коупленда і Г. Д. Вербека, а також Б. С. Рангнекара, В. Р. Сринивасана и В. Н. Пея. У зв’язку з цим можна підкреслити, що можна очікувати збільшення дифузійної проникності тоберморитоподібної фази за рахунок включення кристалів Ca(OH)_2. Проте, як було показано раніше у працях П. А. Ребиіндера і Е. Е. Сегаловой, а також О. С. Волкова, вони не грають суттєвої, а інколи позитивної ролі в синтезі міцності цементного каменю.

Із доповіді Г. Л. Калоусека, а також робіт М. Коллепарді і Г. Луіджи випливає, що впровадження у структуру гідросилікатної (тоберморитоподібної) фази Al₂O_3, Fe₂O₃ і SO₄ може позитивно змінити її дифузійну проникність і прискорити гідратацію аліту.

Результати наших досліджень дозволяють припускати, що практичний ефект у значній мірі залежить від зміни хімічного складу і морфології тоберморитоподібної фази.

Хімічне походження речовини, що називається цементним тістом і фізико-хімічні процеси його утворення мають велике значення для вивчення його фізико-хімічних властивостей, які визначають майже всі сторони технології бетону.

Протягом короткого періоду часу після початку взаємодії між цементом і водою відбуваються порівняно швидше хімічні реакції. Потім настає триваліший період слабкої активності, який дістав назву скратого(чи періоду спокою). Зазвичай при кімнатній температурі він триває від 40 до 120 хв. залежно від властивостей цементу.

Фізичні характеристики замісу свіжого тіста залежать від того, як воно приготоване. Тісто, приготоване шляхом обережного перемішування, залишається жорсткішим, ніж отримане за допомогою енергійного механічного перемішування. Сухий цемент, який зазвичай знаходиться в стані, що злежався, очевидно, не диспергує досить рівномірно при простому зволоженні. Для отримання однорідного тіста з мінімальною жорсткістю потрібна високоефективна лабораторна мішалка.

Велике значення має тривалість перемішування. Якщо воно триває всього 30 сек або менше, тісто твердне незабаром після припинення перемішування. Стейнор назвав це явище "коротким тужавінням" (тужавіння в результаті занадто короткого перемішування). Він вважає, що причиною "короткого тужавіння" є склеювання зерен цементу гелем, що утворюється на поверхнях. Але навіть у тому випадку, коли тривалість перемішування досить велика, щоб попередити "коротке тужавіння", не виключена небезпека пояления неправдивого тужавіння із-за занадто короткочасного перемішування тісту. Тому рекомендується при зачинненні цементу в лабораторних умовах робити перемішування з паузою, тривалість якої визначається досвідченим шляхом для кожного цементу.

Якщо не рахувати питань, пов'язаних з неправдивим тужавінням, режим часу і способи перемішування відносяться до проблем лабораторного порядку. У нормальних польових умовах перемішування навряд чи може бути настільки короткочасним, щоб виникла небезпека "короткого тужавіння". Маса заповнювачів, що рухається, у бетономішалці "гомогенізує" тісто на менш ефективно, чим найенергійніше перемішування в лабораторній мішалці.

Для з'ясування залежності між структурою і механічною міцністю слід також встановити, чи є присутність в структурі тісту кристалічних елементів якої-небудь однієї форми(наприклад, волокон) сприятливішою для розвитку міцності в порівнянні з іншими формами. Дані з цього питання, приведені в літературі, дуже суперечливі. Так, наприклад, одні автори повідомляють, що тісто, що містить продукти гідратації у вигляді добре кристалізованих тоберморитових пластинок, має підвищену міцність, тоді як тісто, що складається з волокон або викривлених листочків, має гірші гідравлічні властивості. У інших повідомленнях вказується, що в тісті, що має високу механічну міцність, серед продуктів гідратації спостерігалися висококолоїдні структури. У третьому випадку висока механічна міцність зв'язується з присутністю продуктів гідратації, що мають волокнисту структуру, а причиною падіння міцності вважається рекристалізація структури. Абсолютно очевидно, що такі чинники, як початкове В/Ц, пористість, умови перемішування, режим тверднення та ін., впливають на кінцеву міцність не у меншій мірі, чим контури часток гелю. Але для подальшого успішного тіста необхідно сформулювати деякі основні теоретичні положення про роль форми і розмірів часток гелю.