Тепловыделение. Гидратационное твердение портландцемента – экзотермический процесс

Гидратационное твердение портландцемента – экзотермический процесс. В связи с этим, тепловыделение, как одно из свойств, тесным и непосредственным образом связанное со структурообразующими преобразованиями, издавна привлекает внимание исследователей.

Для проведения термометрических работ могут использоваться простейшие установки (рис.3.2) с применением ртутного высокочувствительного термометра (например, ТЛ-4м серии Labtex, 0…55±0,1 °С) или термопар и двухканального регистрирующего прибора ТЦЗ-МГ4.01 (производитель – СКБ Стройприбор, г. Челябинск). В последнем случае регистрация температуры производится автоматически с последующей компьютерной обработкой архивированных данных. Следует предусмотреть обязательную теплоизоляцию емкости с твердеющим материалом от теплопотерь (например, пенополистиролом толщиной не менее 25 мм).

Рис.3.2. Установки для определения тепловыделения

цементных составов

В зависимости от поставленной задачи, могут быть получены как полные температурные кривые (рис.3.3, А), так и начальной стадии процесса (Б). В первом случае может быть определен температурный режим твердения бетона (для обоснования активирующих воздействий), во втором - продолжительность первого индукционного периода. Сопоставляя последний параметр с таковым эталонного состава, можно с достаточно высокой точностью не только качественно, но и количественно оценить интенсифицирующее или, наоборот, замедляющее действие на процесс различных факторов и технологических приемов (например, химических добавок-электролитов, температурных условий твердения, акустической или электрофизической обработки воды затворения и др.).

Рис.3.3. Кривые тепловыделения цементного теста на воскресенском

портландцементе и подольском шлакопортландцементе (А) и новороссийском

портландцементе (Б)

Целесообразно одновременное изучение кинетики пластической прочности и тепловыделения твердеющей цементной системы. Пластограммы и температурные кривые логически дополняют друг друга и дают достаточно полное количественное и качественное представление о структурообразующем процессе (см., например, рис.2.3). Интенсивность начального выделения тепла косвенно свидетельствует о количестве свободной (не связанной) извести в портландцементе. Оперируя данным свойством, можно придти к предварительному выводу о возможности или нежелательности применения данного цемента в технологии монолитных массивных конструкций. Интервал времени с момента затворения цемента водой до начала основного экзотермического эффекта указывает на продолжительность первого индукционного периода (данный параметр дублируется начальным «скачком» пластической прочности в цементном тесте или растворной смеси). В течение данного временного интервала можно безбоязненно транспортировать бетонную смесь, не опасаясь ее чрезмерного загустевания. Пластограммы твердеющих цементных составов с повышенным водосодержанием дают возможность определения скачков структурной прочности на поздних этапах, что позволяет количественно оценить стадийность гидратационного и структурообразующего процессов исследуемого портландцемента и обосновать конкретные технологические воздействия.