Роль новых гидратных фаз в формировании структуры цементного камня и особенности ее формирования » Ремонт Строительство Интерьер. Лесное дело и деревообработка.

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Роль новых гидратных фаз в формировании структуры цементного камня и особенности ее формирования

25.10.2020

Ранее отмечалось, что при постоянном В/Ц на формирование структуры цементного камня решающее влияние оказывает начальный период, продолжительность которого зависит от температуры, минералогического состава цемента, тонкости его помола, количества и модификации введенного в цемент гипса. В связи с этим, по длительности начального периода (время до начала схватывания цемента) уже можно судить о роли (положительной или отрицательной) той или иной добавки.

Влияние добавок на схватывание цемента. Для изучения влияния добавок на формирование структуры цементного камня, а также для установления возможности укладки в дело бетона с противоморозными добавками, Е.Н. Ухов определял влияние добавок нитрита натрия, хлористых солей и поташа на сроки схватывания различных цементов заводского производства (табл. 25). Определения производились на цементе в тесте и цементно-песчаном растворе состава 1:2. При введении добавок количество воды не изменялось и соответствовало нормальной густоте теста или раствора без добавок. Песок для опытов брали фракции меньше 0,65 мм.
Роль новых гидратных фаз в формировании структуры цементного камня и особенности ее формирования


Как следует из данных табл. 2 6, добавки нитрита натрия в большинстве случаев замедляют схватывание цементов, особенно при введении 7-10% соли. Однако замедляющее действие нитрита натрия уменьшается для цементно-песчаного раствора (табл. 27). В этом случае, кроме того, для большинства цементов не наблюдается замедления при введении больших дозировок соли.

Таким образом, нитрит натрия практически несколько замедляет схватывание цементов в зависимости от их минералогического состава и условий гидратации, т. е. бетон с добавкой нитрата натрия будет иметь более плотную структуру, а применение этой соли в качестве противоморозной добавки не осложнит производство работ.

Экспериментальные данные (табл. 27) показывают, что добавка хлористого натрия замедляет начало, но ускоряет конец схватывания цементно-песчаного раствора на портландцементах. Для раствора на шлакопортландцементе характерно удлинение сроков схватывания.

Действие комплексной добавки, состоящей из хлористого натрия и кальция, на сроки схватывания цемента зависит от вещественного и минералогического его состава. С увеличением алюминатности портландцемента и содержания хлористого кальция сроки схватывания закономерно ускоряются и становятся практически моментальными.

Еще более значительное сокращение сроков схватывания цемента в тесте или растворе характерно при введении в его состав добавок поташа. Это положение хорошо иллюстрируется экспериментальными данными.

Из этого следует, что бетон с добавками хлористых солей (в ряде случаев) и с добавками поташа (в большинстве случаев) будет характеризоваться более пористой структурой, чем бетон того же состава без добавок. В связи с этим они будут обладать более низкими физико-механическими свойствами. Быстрое загустевание смесей делает невозможными их качественную укладку и уплотнение. Все это вызывает необходимость изыскания способов замедления схватывания цементов с указанными добавка-

Способы замедления схватывания цементов с противоморозными добавками. В настоящее время исследованы четыре способа:

а) введение противоморозных добавок совместно с добавками замедлителей схватывания;

б) совместное введение противоморозных добавок;

в) введение повышенной дозировки гипса;

г) понижение начальной температуры смеси.

Как показывают данные табл. 28, совместное введение поташа в количестве 5-15% и ССБ сокращают время до конца схватывания низкоалюминатного брянского портландцемента. На начало же схватывания цемента совместное присутствие указанных добавок оказывает более сложное влияние (рис. 40).


Примерно такое же влияние на схватывание этого портландцемента с добавками поташа оказывает и мылонафт. Hо, в отличие от ССБ, мылонафт в меньшей степени замедляет схватывание при введении поташа в количествах до 10%, но очень резко ускоряет его при введении поташа в больших количествах. Это свидетельствует о том, что ССБ наиболее эффективный замедлитель схватывания цемента с добавками поташа.

Для цементов с высоким содержанием С3А (8% и более) введение добавок поверхностно-активных (ССБ или мылонафт) веществ не приводит к желаемым результатам. Однако при гидратации цемента в цементно-песчаном растворе ССБ значительно замедляет схватывание, что, по-видимому, объясняется частичной адсорбцией поташа зернами заполнителя, а также большим водоразбавлением (табл. 29).

Таким образом, на основании результатов исследований сделан вывод, что введение добавок поверхностно- активных веществ, позволяет замедлять схватывание цемента в бетоне с добавками поташа до требуемых сроков. Оптимальное количество добавок ССБ и мылонафта в каждом конкретном случае необходимо определять опытным путем, имея в виду, что увеличение их дозировки сверх оптимальной может привести, наоборот, к более быстрому загустеванию смеси. Кроме того, увеличенное количество этих веществ замедляет твердение, особенно в раннем возрасте.


Так как в производственных условиях температура смеси обычно ниже 20 С, а В/Ц больше, чем в растворе или тесте нормальной густоты, то ориентировочно оптимальное количество добавок ССБ или мылонафта в зависимости от количества поташа при использовании низкоалюминатных портландцементов (С3А до 7%) в большинстве случаев будет находиться в пределах 0,25-0,5%) среднеалюминатных (C3A = 7-10%) - 0,5 - 1%; высокоалюминатных (С3А более 10%) - 0,75-1,25%.

Добавки ССБ являются также эффективными замедлителями схватывания цемента с хлористыми солями. Только для высокоалюминатного спасского портландцемента (С3A = 12%) с преимущественным содержанием хлористого кальция при введении добавок ССБ не достигнуто необходимое замедление схватывания (табл. 30). Еще более значительно замедляющее действие ССБ на схватывание цемента с добавками нитрита натрия (табл. 31) Учитывая это, а также необходимость введения ССБ в бетоны с добавками этой соли в ряде случаев с целью улучшения некоторых его свойств, количество ССБ не должно превышать 0,25-0,5% веса цемента.

Для определения эффективности гипса в качестве замедлителя схватывания цементов с добавками поташа определялись сроки схватывания пикалевского портландцемента с добавкой 5% поташа в цементно-песчаном растворе. Следует отметить, что из числа изученных этот цемент был менее восприимчив к замедляющему действию ССБ, однако гипс для него оказался еще менее эффективным замедлителем, чем ССБ (табл. 32).

Для других цементов гипс более эффективен, но так как, в отличие от ССБ, он практически не растворим в воде, применение его в качестве заполнителя схватывания бетона потребует значительного усложнения технологии, а кроме того, опасно с точки зрения коррозии бетона.

Отрицательные результаты были получены также при одновременном введении поташа и нитрита натрия при различных их соотношениях применительно к высокоалюминатным цементам.

Так как введение пластифицирующих добавок в средне- и высокоалюминатные портландцементы не всегда способствует получению плотной структуры и необходимой укладываемости бетонов с добавками поташа, а при изготовлении бетонов с противоморозными добавками в большинстве случаев используются неподогретые материалы, исследовалась возможность достичь необходимых сроков схватывания таких цементов при пониженных температурах.

Полученные данные (табл. 33) свидетельствуют, что уже при 15°С раствор на высокоалюминатном спасском портландцементе с добавками поташа не схватывается в течение 2 ч. При понижении температуры до 10°С это время увеличивается до 3-5 ч.

Значительно менее благоприятно понижение температуры сказывается на схватывании этого цемента с добавками хлористых солей с преимущественным содержанием хлористого кальция. Это еще раз подтверждает справедливость рекомендаций о необходимости применения бетонных смесей с добавками хлористых солей с температурой от -5 до 0°С.

Таким образом, применение бетонных смесей с пониженной начальной температурой является эффективным приемом, способствующим формированию плотной структуры цементного камня. Этот прием значительно эффективнее применения добавок поверхностно-активных веществ, поскольку практически не требует подогрева составляющих бетона.

Однако исходя из того, что уложенная бетонная смесь до развития экзотермических реакций гидратации, как правило, будет сначала охлаждаться, температура смеси после укладки и уплотнения должна превышать температуру замерзания используемого раствора затворения не менее, чем на 5°С.

Для получения требуемой температуры бетонной смеси температуру подогрева составляющих бетона необходимо рассчитывать по формуле

где tсм - температура бетонной смеси после перемешивания в °С;

q1,...,4 - количество цемента, песка, шебня (гравия) в кг и раствора затворения в л на 1 м3 бетонной смеси соответственно;

t1, ...,4 - температура цемента, песка, щебня (гравия) и раствopa соли в момент загрузки в бетоносмеситель в °С.

В большинстве случаев для получения требуемой температуры бетонной смеси достаточно подогреть воду или раствор соли. И только если этого недостаточно, необходимо подогревать заполнители (в первую очередь песок)

В тех случаях, когда применение смесей с пониженной температурой не обеспечивает формирование плотной структуры, т. е. смесь схватывается (загустевает) значительно быстрее, чем смесь без добавок в нормальных условиях, в ее состав необходимо вводить добавки ССБ, мылонафта или других поверхностно-активных веществ.

Приготовление малых порций быстросхватывающегося бетона непосредственно на объекте хотя и решает вопрос о возможности укладки его в дело, но, во-первых, возможно только при выполнении небольшого объема бетонных работ, а во-вторых, не способствует формированию более благоприятной структуры бетона вследствие коротко-гр начального периода и ограниченности процесса седиментации.

Роль новых гидратных фаз в синтеце прочности цементного камня. При рассмотрении процессов гидратации минералов портландцементного клинкера в присутствии добавок отмечалось, что новые гидратные фазы образуются взамен того или иного гидратного соединения, возникающего в нормальных условиях. Рассмотрим к чему приводит такая замена, т. е. какова роль новых гидратных фаз в синтезе прочности цементного камня.

Из данных табл. 34 видно, что образование 3CaQAl2О3*Ca(NO )2*10H2O при гидратации трехкальциевого алюмината в растворе Са(NO2)2, способствует значительному увеличению прочности образцов. Прочность же образцов с добавкой NaNO3 мало отличается от прочности контрольных, поскольку в этом случае в соответствии с уравнением (10) гидронитриалюминат кальция не может образовываться в значительных количествах из-за отсутствия гидроокиси кальция в с истоме. Ho чтобы сделать вывод, что образование гидронитриалюмината кальция способствует повышению прочности С3А, а следовательно, и цемента в целом, необходимо было бы сопоставить прочностные показатели образцов из этого минерала, размолотого совместно с гипсом. Такие данные, к сожалению, отсутствуют.

Добавка поташа (см. табл. 34) способствует увеличению прочности образцов из С3А без гипса, но, наоборот, снижает ее, если минерал был размолот с гипсом. Объясняется это тем, что в первом случае 3СаО*Al2О3*CaCO3*10H2О образуется вместо кубического 3СаО*Аl2О3*6Н2O, а во втором - 3CaO*Al2О3*3СаSO4*31Н2O. Поскольку кристаллы гидрокарбоалюмината кальция, как уже отмечалось, имеют пластинчатое строение, то сложенный из них материал должен быть прочнее, чем из октаэдров (3СаО*Al2О3*6Н2О), но менее прочным, чем из игл (3CaO*Al2O3*3СаSO4*31Н2О).

При рассмотрении данных табл. 33 можно сделать неправильный вывод, что структура, образованная из кристаллов ЗСаО Al2О3*Ca(NО)21OH2O (при гидратации в растворе Cа(NO2)2), прочнее, чем из 3CaO*Al2O3*CaCO3*10H2O (при гидратации в растворе К2CO3). В действительности это обусловлено тем, что поташ ускоряет и без того быстрое схватывание С3А со всеми вытекающими отсюда последствиями, в то время как нитрит кальция замедляет схватывание минерала.

Таким образом, в результате образования комплексных солей алюмината кальция прочность гидратирующих алюминийсодержащих клинкерных минералов при гидратации цемента несколько понижается в растворах поташа или практически не изменяется при гидратации в растворах нитрита натрия. Последнее, по-видимому, можно полностью отнести и к гидратации в растворах хлористых солей, поскольку их присутствие не оказало заметного влияния на прочностные и химические показатели как высоко, так и низкоалюминатного портландцемента.

Более значительной является роль новых фаз, образующихся на основе гидроокиси кальция - 3СаО*СаСl2*10H2О и CaCO*6Н2О. При твердении на морозе, особенно в ранние сроки, их образование обусловливает значительную интенсификацию процесса гидратации силикатных минералов вследствие меньшей растворимости этих фаз по сравнению с Ca(OH)2.

Однако гидрооксихлорид и гидрокарбонат кальция являются неустойчивыми фазами. Первый из них разрушается с течением времени, а второй - при повышении температуры до положительных значений, т. е. новые фазы в формировании структуры цементного камня играют более значительную роль, чем Ca(OH)2, вместо которого они образовываются, так как в результате их разрушения в определенных случаях прочность понижается.

Действительно, после 28-суточного твердения на морозе и последующего твердения при положительных температурах видимо вследствие интенсивного распада триоксихлорида кальция в первые трое суток после изменения температурных условий хранения прочность бетонных образцов понижалась на 5-10 и даже 40%. После 90-суточного твердения на морозе при повышении температуры прочность не уменьшалась.

Аналогичные явления наблюдались и нами для бетонов с добавками поташа и хлористых солей. При этом понижения прочности были тем больше, чем меньше образцы хранились на морозе. Однако разрушение кристаллов оксихлорида и гидрокарбоната кальция может отрицательно сказаться на прочностных показателях в начальный период твердения, когда прочность структуры еще в значительной степени определяется прочностью контактов, образованных за счет этих фаз. По мере развития гидратации, когда прочность структуры определяется гелеобразной фазой - гидросиликатами кальция, а кристаллическая фаза оказывается даже нежелательной, разрушение кристаллов 3СаО*CaCl2*15H2O и CaCO*6Н2О может способствовать даже уплотнению бетона.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: