Введение. Создание «направленного структурообразования», получение конечного продукта с предельно возможными физико-механическими свойствами

Создание «направленного структурообразования», получение конечного продукта с предельно возможными физико-механическими свойствами, надежностью и долговечностью при минимальных затратах – важнейшая задача в технологии сборного и монолитного бетона и железобетона. «Направленная» технология предусматривает осмысленное использование различных приемов и воздействий (механических, тепловых, химических, электрофизических и др.), обеспечивающих управление твердением, оптимизацию структуры и свойств композита. Разумеется, данная технология осуществима при непременном условии согласования приемов и воздействий с кинетикой формирования и упрочнения структуры цементного камня. В свою очередь, должна быть достаточная ясность в сути отвердевания цементных систем.

Бурные дискуссии по проблемам гидратационного твердения портландцемента и создания на его основе «направленного» производства бетонов, развернувшиеся в 50…70-е годы прошлого столетия, не привели к желаемому результату. В последние полтора-два десятилетия эта проблема, практически, не затрагивалась. Как следствие – до настоящего времени отсутствует общепринятая схема твердения вяжущего, логически объясняющая кинетику реально протекающего процесса, раскрывающая его особенности и закономерности, способная стать надежной теоретической базой в бетоноведении.

При гидратации цемента (и это давно отмечалось исследователями) интенсивно протекают поляризационные, электрокинетические явления. Более того, экспериментальным путем установлен вполне определенный – положительный потенциал поверхности гидратирующейся частицы вяжущего, имеющий не стабильный, а «пульсирующий», неоднократно увеличивающийся и понижающийся характер. Однако этой стороне вопроса не придается должного значения, рассматривается как сопутствующий, вспомогательный фактор, либо в какой-то мере учитывается на завершающих этапах отвердевания.

Поверхностный аспект является определяющим в химизме взаимодействия цементных минералов с водой, структурообразовании и упрочнении цементного камня. Образованию гидратированных продуктов, несомненно, предшествует стадия формирования на границе раздела фаз «поверхность клинкерного зерна – вода» промежуточного неравновесного энергетического комплекса, включающего поверхностные активные точки частиц вяжущего, адсорбированные кластеры диполей, ионы добавок, коллоидные дисперсии, микропузырьки растворенного газа. Метастабильность комплекса приводит к его развитию (аккумулированию собственной энергии), достижению критического энергетического уровня и распаду (появлению в системе активных элементов) и химизму явления. Гидратационные акты протекают стадийно, чем и объясняется много десятилетий известный «скачкообразный» характер твердения цементных материалов.

Выполненные на кафедре ПСИиК КубГТУ экспериментально-теоретические исследования позволили сформулировать отдельные позиции рассматриваемой проблемы. Настоящий курс включает комплексное рассмотрение поверхностных, коллоидно-химических и кристаллизационных явлений при твердении цементных систем, уточняет и дополняет существующие теоретические позиции, позволяет с ясной физической сущностью представить кинетику процесса, действие различных факторов, обосновать благоприятные условия отвердевания и прогнозировать возможное «поведение» бетона и железобетона в эксплуатационный период.