ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Структура и прочность цементного камня из "Физическая химия вяжущих материалов" Структура цементного камня формируется в процессе схватывания и его твердения. Для объяснения процесса твердения цемента были выдвинуты различные теории. [c.339] Кристаллизационная теория Ле Шателье объясняет процессы твердения вяжущих материалов растворением исходного вещества с образованием в системе пересыщенных растворов и последующей кристаллизацией из них гидратных соединений, срастанием и переплетением новообразований. Прочность кристаллической структуры зависит от сил взаимного сцепления кристаллов и их адгезии. [c.339] Согласно теории В. Михаэлиса твердение является результатом выделения коллоидной студенистой массы, которая твердеет по мере того, как теряет воду вследствие внешнего высыхания, либо в результате внутреннего отсасывания , вызываемого гидратацией непрореагировавших частиц. [c.339] Ребиндер разработал теорию твердения цемента с позиций физико-химической механики, рассматривая процессы схватывания и твердения как развивающуюся во времени совокупность процессов гидратации, самостоятельного диспергирования частот вяжущего, образования тиксотропных коагуляционных структур и создания на их основе кристаллизационной структуры гидратных новообразований путем кристаллизации через раствор . В дальнейшем самопроизвольное диспергирование в указанной схеме было заменено растворением до образования пересыщенного по отношению к новообразованиям раствора. Ребиндер объясняет упрочнение структуры развитием кристаллизационных контактов. При образовании контактов срастания кристаллических фаз прочность структуры увеличивается, причем необходимым условием является обязательное обрастание контактов достаточно толстым слоем новообразований. Е. Е. Сегалова показала, что обрастание кристаллов приводит к увеличению прочности и в то же время к развитию внутренних напряжений, обусловливаемых ростом кристаллических контактов. Поэтому конечная прочность структуры зависит от вклада каждого из этих факторов. [c.340] Развивая эти положения, А. Ф. Полак пришел к выводу, что внутренние напряжения возникают не только за счет роста контактов срастания, но и в момент их образования и срастания. Поэтому хотя увеличение числа контактов срастания положительно отражается на прочности возникающей структуры, внутренние напряжения срастания оказывают большое влияние и в целом прочность структуры снижается. В связи с этим он считает, что главным условием повышения прочности является обеспечение постоянной скорости процесса срастания кристаллов. Таким образом, прочность системы зависит от соотношения кристаллизационного давления и прочности монокристалла. [c.340] Прочность монокристаллов гидратных соединений, составляющих цементный камень, изучена В. В. Тимашевым с сотр. Установлено, что большей прочностью (1300—2000 МПа) обладают кристаллы низкоосновных гидросиликатов кальция (табл. 10.3). [c.340] Прочность кристаллов при растяжении и сжатии изменяется не только от их строения, но и от размера с уменьшением размера она возрастает. Увеличение прочности кристаллов с уменьшением их диаметра (или поперечного сечения) обусловлено повышением степени совершенства их строения и снижением концентрации опасных дефектов дислокаций, пор, трещин и т. п. Вместе с тем полученная при опытах прочность монокристаллов далека от их теоретической прочности, что свидетельствует о высокой степени дефектности их физической структуры. Дефекты кристалла (трещины, царапины, поры, включения) являются местом концентрации напряжений и зоной начала его разрушения при нагрузке. [c.341] При равной степени дефектности кристаллов прочнее из них оказываются те, у которых выше теоретическая прочность, обусловленная их химическим составом и строением кристаллической решетки. Поэтому во всех случаях наиболее прочными элементами кристаллической структуры цементного камня являются в первую очередь игольчатые кристаллы низкоосновных гидросиликатов кальция типа SH. Увеличение их доли в твердеющей системе способствует упрочнению цементного камня. [c.342] Образование сростков кристаллов в процессе формирования физической структуры цементного камня зависит от множества факторов особенностей кристаллической структуры срастающихся кристаллов, состава и свойств водного раствора, ориентации кристаллов, усилия их сжатия между собой и т. д. Установлено, что закономерные сростки кристаллов гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, портландита и гипса (структура срастания, прорастания и врастания) появляются на стадии зародышеобразования в пересыщенном по отношению к соответствующим гидратам водном растворе. Зародыши сростков кристаллов (друзы, лучистые агрегаты, дендриты) со временем развиваются, достигая размеров, определяющихся наличием свободного пространства и питательного вещества. Прочность контактных зон кристаллических сростков, возникших из зародышей, соизмерима или даже несколько выше прочности кристаллических ветвей сростка. [c.342] Зародыши кристаллов и отдельные более крупные кристаллы, появившиеся в цементном камне на ранней или поздней стадии его формирования, могут образовывать лишь случайные незакономерные сростки. Для закономерного же срастания двух и более кристаллов даже одного структурного типа необходима их правильная ориентация и выжимание водного (маточного) раствора, находящегося между ними. Имеется и ряд других ограничительных условий для образования таких сростков. [c.342] В процессе формирования кристаллической структуры цементного камня отсутствуют благоприятные условия для срастания кристаллов гидратов в крупные кристаллические образования, а тем более в сплошной трехмерный кристаллический каркас. В массе цементного камня существует большое число кристаллов разного размера и их закономерных сростков, как правило, весьма ограниченного размера. [c.342] ЛОВ В матрице они могут сдерживать напряжение в матричной трещине и препятствовать ее дальнейшему распространению. В этом случае прочность цементного камня повышается. [c.343] Помимо общей пористости на прочностные свойства цемента в значительной степени влияет и характер порового пространства (табл. 10.4). [c.343] Размер пор и их количество зависят при прочих равных условиях от дисперсности цемента. Расчеты показывают, что при среднем размере частиц цемента ( ср), равном 30 мкм, в цементном тесте с В/Ц = 0,5 (в пересчете на 1 г цемента) содержится 1,4-10 пор величиной 34,5 мкм (средняя), а при более высокой дисперсности ( =10 мкм) — соответственно 5,2-10 ° пор со средним размером, равным 11,5 мкм. [c.344] Среди факторов, обусловливающих величину пористости, одни зависят от технологического режима (водоцементное отношение, дисперсность цементного порошка, температурный режим твердения, обусловливающий степень гидратации а), другие связаны с видом минералов (плотность цемента рц, количество воды, необходимое для полной гидратации скорость гидратации). Для обеспечения гидратации и подвижности цементного теста необходимо, чтобы каждое зерно находилось в контакте с водой. Как показывают расчеты, для полной гидратации алюминатных и сульфоалюминатных цементов требуется большое количество воды (В/Ц=0,4. .. 1,14). Поэтому в отличие от портландцемента, полная гидратация которого требует соотношения В/Ц = 0,23, для алюминатных и сульфоалюминатных цементов минимальная величина В/Ц определяется не только подвижностью цементного теста, но и необходимостью повышения степени гидратации при минимально возможной пористости. [c.344] Такое явление объясняется фазовыми превращениями гидратных новообразований, формированием гидратов, содержащих меньшее количество химически связанной воды, обладающих большей удельной массой по сравнению с массой первоначально образовавшихся гидратов. Этот процесс обусловливает повышение количества пор в структуре, заполняемых освобождающейся из гидратов водой, и разрыхлением структуры камня в связи с увеличением общего его объема по сравнению с исходным. [c.346] Прочность гидратационной структуры С12А7 через 1 сут составляет 35 МПа, затем к 3 сут наблюдается значительное снижение, а в последующие сроки твердения опять наблюдается некоторое ее увеличение. Пористость образцов в эти сроки твердения соответственно изменяется от 25% (через 1 сут) до 35% (через 3 сут) и 20% через 28 сут. [c.347] В первые сутки прочность образцов из САа низкая (всего 10 МПа), затем быстро возрастает, достигая к 3 сут 50, к 7 сут 85 и к 28 сут 140 МПа, при этом их пористость изменяется от 40 до 18%. [c.348] При гидратации алюминатов кальция в присутствии гипса изменение прочности цементного камня имеет такой же характер, как и при гидратации мономинеральных цементов. В первые сутки твердения более высокой прочностью обладают цементы, полученные на основе высокоосновных, а по истечении 28 сут — из низкоосновных алюминатов кальция. При этом образцы, изготовленные из цементов, содержащих гипс в количестве, необходимом для получения эттрингита, обладают меньшей прочностью, чем образцы из цементов, состав которых был рассчитан на образование гидросульфоалюмината кальция. [c.348] Вернуться к основной статье