Цементных бетонов

СКАЧКООБРАЗНОСТЬ ТВЕРДЕНИЯ И ДЕСТРУКЦИЯ

Из всех выше представленных «аномалий» первоочередного внимания заслуживает «скачкообразный» характер твердения цементных систем. Т.е. отвердевание цементного камня и бетонов сопровождается не плавным и стабильным повышением прочностных показателей, а чередующимися периодами затухания и интенсификации процесса. Невольно ассоциируется вполне вероятная взаимосвязь данной особенности твердения с «пилообразным» набором прочности бетона (рис.1.5) и ее «сбросами» на поздних этапах. Таким образом, игнорирование данных аспектов вряд ли может быть оправданным.

По поводу «скачкообразности» имеются самые различные толкования:

1) прерывистое твердение цемента связывается с различной скоростью гидратации цементных минералов. В первую очередь гидратируются алюминаты и алюмоферриты кальция, освобождая тем самым кристаллы алита и белита от экранирующего действия, обеспечивая последним последующее беспрепятственное взаимодействие с водой затворения;

2) данный аспект рассматривается также с позиций прерывистого растворения исходных цементных минералов – в результате теплового движения молекул вяжущих веществ и одновременного действия молекулярных сил притяжения со стороны молекул воды происходит флуктуационный отрыв молекул с поверхности минералов и переход их в раствор не непосредственно, а ступенчато – из уступов в ребра, затем в плоскость и, наконец, в раствор;

3) прерывистый характер твердения цемента объясняется периодической перекристаллизацией новообразований, происходящей (вследствие меняющегося химического состава жидкой фазы) путем растворения одних (более мелких, менее устойчивых) контактов и возникновения других, появления, вследствие этого, кристаллизационного давления, внутренних напряжений и временного ослабления структуры цементного камня;

4) высказывалось мнение о существенной роли в деструкции стадийного характера образования низкоосновных гидросиликатов кальция по схеме: C₂SH₂ – αC₂S – CSH(B) – тоберморит – ксонотлит, что связано с неизбежным снижением конечной прочности цементной системы;

5) созвучно с вышеприведенным представление о «старении» (по аналогии со сплавами) твердых растворов, образующих кристаллический сросток цементного камня, что приводит к периодическому изменению его физико-механических свойств (повышению хрупкости, снижению прочности);

6) некоторые исследователи прерывистость твердения видят в периодической перекристаллизации эттрингита или стадийном росте кристаллических структур, заключающемся в том, что вначале происходит накопление внутренней энергии растущего кристалла, затем при создании определенных условий (Р, W, Т и т.д.) скачкообразный его рост, затем процесс повторяется;

7) нестабильный (волнообразный) характер твердения цементных систем объясняется периодическим разрушением (частичным или полным) коллоидно-дисперсных структур, вызванных разрывами физико-химически связанной жидкости, ее переходом из непрерывного матричного состояния в дискретное;

8) временная деструкция может быть вызвана поздней гидратацией свободных MgО и СаО, связанной с объемным расширением продукта. Кроме того, не исключено негативное действие эттрингитоподобных фаз, блокирующих оксиды на ранних этапах и приводящих к значительным удлинениям и деформациям камня;

9) основную причину деструкции видят также в продолжающейся гидратации цементных зерен в условиях сформировавшегося жесткого кристаллического каркаса цементного камня. Вновь образующиеся кристаллогидраты неизбежно оказывают давление на уже сформировавшийся сросток, что и вызывает деструктивные последствия;

10) считается твердо установленным, что в процессе гидратационного твердения портландцемента на поверхности его частиц образуется оболочка из продуктов гидратации, контролирующая дальнейший ход процесса, в связи с чем, ряд исследователей видят причину ступенчатого твердения портландцемента в периодическом разрушении экранирующих оболочек новообразообразований;

11) ступенчатость твердения цемента объясняется также периодичностью, даже «цикличностью» химического взаимодействия силикатной части клинкера с водой затворения при существенной каталитической роли последней;

12) наконец, ритмичность скорости химических реакций и процессов твердения в ранние сроки, что проявляется в волнообразном характере изменения ранее упомянутых свойств (электропроводности, химического состава жидкой фазы, тепловыделения), связывается с цикличностью солнечной активности, ритмическим изменением магнитного поля Земли.

Различная скорость растворения и гидратации клинкерных минералов вряд ли могут служить объяснением ступенчатости твердения портландцемента, поскольку в данном случае должен иметь место некий средний, результирующий показатель этих действий. К тому же, отличие гидратационных скоростей противоречит экспериментальным результатам, в результате которых установлена близкая скорость гидратации отдельных составляющих клинкера многих цементов в первые часы твердения, что привело исследователей к формулировке гипотезы «равных парциальных скоростей» при взаимодействии цементных минералов с водой затворения.

Кристаллизационные действия и перестройки – малоубедительны и маловероятны с позиций логики и здравого смысла. Трудно представить возникновение кристаллизационных давлений, разрушение или растворение кристаллизационных контактов, перекристаллизационные проявления, негативное действие эттрингита и т.п. в начальной стадии твердения, когда смесь достаточно пластична, обладает тиксотропными свойствами, но, тем не менее, сопровождается ступенчатым («прерывистым») характером процесса.

Абсолютизировать роль разрушающихся гидратных пленок в ступенчатости процесса (тем более, в первые часы твердения) также вряд ли правомерно, учитывая то обстоятельство, что каемка из продуктов гидратации, которую можно идентифицировать как экранную оболочку, появляется на цементных зернах к суткам твердения (Н.А.Торопов). Таким образом, данный аспект может играть определенную роль на более поздних этапах твердения. В начальной же стадии более логичным объяснением рассматриваемой особенности твердения цементных композиций может быть «циклический», стадийный характер химического взаимодействия цементных минералов с водой.

Можно предположить, что при гидратации вяжущего имеют место явления, не учитываемые классическими гипотезами, оказывающими, тем не менее, решающее влияние на данную особенность твердения цемента. С достаточно высокой степенью вероятности можно заключить, что это – процессы, имеющие электрическую природу, т.к. известна значительная роль в «синтезе прочности» цементного теста электрической поляризации, электростатического взаимодействия молекул и ионов, особенно на ранних этапах формирования структур твердения.