Архив автора
Желательно, чтобы тонкость помола портландцемента, глиноземистого цемента и гипса, применяемых для ‘Приготовления НЦ, была не ниже 3500 см21г. Три порошка перемешивают в вибромельнице в течение 8—10 мин для получения однородности состава. При затворении такой смеси в ограниченном количестве воды (25—30% по весу) происходит очень быстрое растворение извести портландцемента и моноалюмината глиноземистого цемента, которые при своей гидратации поглощают- большое количество воды. Ионы гидратированных молекул этих минералов устремляются в зоны наименьшей концентрации жидкой фазы и* кристаллизуются, а встречая зерна гипса, входят в соединение с ними, образуя гексагональные таблички и сростки гидросульфоалюмината кальция на поверхности зерен гипса.
Пластическая прочность системы быстро возрастает, что внешне- характеризуется загустением (схватыванием) через 2—3 мин после затвор ения.
Насыщенность среды гидроокисью кальция и ограниченность водной фазы затрудняет рост новообразований до высокосульфатной формации гидросульфоалюмината кальция C3A(CS)3H32, и процесс ограничивается образованием структуры низкосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция C3A(CS)Hi2. В результате образуется- разветвленный пространственный каркас из пластических сростков. C3A(CS)HI2, C4AHi3 и частично C3A(CS)3H32.
Последние два новообразования имеют игольчатую форму в виде сплошного переплетения. Чем выше доза воды затворения цемента, тем больше в этом каркасе C3A(CS)3H32 и меньше C3A(CS)Hi2 и гипса.
Образец, дегерметизированный на 12-й день с той же прочностью 556 кг!см2, дал временный спад прочности к 13-му дню до 308 кг!см2, которая на 15-й день увеличилась до 775 кг!см2, и удлинение составило5%; в дальнейшем прочность непрерывно нарастала и к 60-му дню составила 1016 кгсм2. Аналогичные результаты получились при погружении в воду на 15, 28 и 60-й день.
Рассмотрение графика показывает, что в зависимости от» возраста образцов к моменту дегерметизации и погружения в воду дополнительная перекристаллизация гидросульфоалюмината кальция за счет дополнительной воды происходит все в меньшей степени и в менее разрушительной форме. Однако все образцы в начальный период рас-ширения в воде показывают временный спад прочности на 30—35%-
Приведенный пример показывает, что в трехкомпонентной композиции портландцемента, глиноземистого цемента и гипса процессы гидратации, твердения и расширения вполне могут быть управляемы, что в дальнейшем показано еще подробнее. Смесь, подобранная с оптимальным соотношением компонентов, названа нами напрягающим цементом НЦ; технические качества и требования НЦ определяются соответствующими техническими условиями (ТУ 258—55МСПТИ).
Процесс создания напрягающего цемента представляет собой образец волевого управления построением сложной структуры цементного камня и перестройкой этой структуры в процессе твердения цемента, раствора и бетона. До сего времени нет подобного рода примеров регулирования образования структуры цементного камня.
Можно так подобрать исходный состав компонентов смеси, затворенной на малом количестве воды, что в результате герметизированного хранения цементного камня (без доступа влаги) в каком-то возрасте расширение прекратится. Однако при подаче воды оно вновь возобновится и даст расширение, которое в свою очередь приостановится и на этот раз навсегда, не приводя систему к разрушению.
Примером может служить цементное тесто состава по весу 14:20:66 (гипс: глиноземистый цемент : портландцемент), затворенное на 30% воды (рис. 3.9). На оси абсцисс даны дни, на оси ординат — относительное удлинение образцов в %. Пунктирная линия показывает расширение образцов при герметизированном хранении ib изоляции пленкой парафина. На 15-й день расширение стабилизируется на уровне 2,5%. Прочность цементного теста в этом возрасте составляет 667 кгсм2, а в 28-дневном возрасте—800 кгсм2. Если такие образцы дегерметизировать на первый, третий, четвертый и шестой день и погрузить в воду, происходит бурное расширение и полное саморазрушение образцов. Очень прочный цементный камень распадается на мельчайшие коллоидные частицы, превращаясь в подвижную массу.
В образце, дегерметизированном на восьмой день с прочностью 558 кгсм2, произошла бурная перекристаллизация сульфоалюмината кальция, но полного разрушения не произошло, сохранилась форма образца и не обнаружено никаких признаков разрушения. На 12-й день, т. е. через четыре дня водного хранения, образец удлинился на 15%, и прочность его составила всего 42 кгсм2. Однако при дальнейшем водном хранении на 28-й день прочность возросла до 208 кгсм2, а на 60-й день —до 391 кг!см2. Образец, дегерметизированный на 10-й день с прочностью 560 кгсм2, дал на 13-й день удлинение 8% и снизил прочность до 67 кгсм2, которую он изменил при дальнейшем водном хранении, к 60-му дню, на 458 кгсм2.
Специалисты многих стран борются с разрушительным влиянием сульфатных вод введением в бетон при затворении пуццоланы. Ученые Ж- ДАнс и X. Эйк, а также В. Эйтель показали, что обра-зование гидросульфоалюмината кальция при добавлении пуццоланов; не устраняется, а только замедляется и что образование этрингита (минерал, аналогичный сульфоалюминату кальция) заканчивается через недели и месяцы.
Процесс образования низкосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция и последующая перекристаллизация в высокосульфатную, форму, детально изученный В. В. Михайловым [17], С. А. Литвером и А. Н. Поповым [18], наиболее бурно происходят в механических смесях порошков портландцемента, глиноземистого цемента (или других алюминатных соединений) и гипса. Так, смесь из 65%: портландцемента, 15% гипса и 20% глиноземистого цемента, будучи затворена в тесто нормальной густоты, при хранении в воде уже через 2—3 дня твердения до прочности 200—300 кгсм2 начинает быстро расширяться за счет притока воды в систему и перекристаллизации вплоть до полного разрушения- с образованием клейкой тонкодисперсной массы. Такая смесь не обладает никакими гидравлическими свойствами и, казалось бы, непригодна к применению. В то же время энергия расширения такой цементной смеси чрезвычайно велика. Как подробно освещается ниже, можно такую твердеющую цементную смесь не погружать в воду и этим искусственно не вызывать перекристаллизацию гидросульфоалюмината. Цементный камень при этом несколько расширится за счет запасов воды затворения, но не разрушится. Однако стоит только такой камень погрузить в воду даже в возрасте одного-двух лет, как процесс перекристаллизации возобновится с новой силой, и система разрушится до основания, превратившись, как сказано, в клейкую массу. Совершенно очевидно, что «и для каких строительных целей подобная система цемента не могла бы быть применена. Исследуя процессы твердения различных композиций портландце- ментого клинкера совместно с гипсом, мы обратили внимание на то, что даже при сравнительно малых добавках гипса в цементах, богатых С3А, процесс образования и перекристаллизации гидросульфоалюминз- та кальция длится известное время и тем больше, чем более затруднен приток воды к системе.
Хорошо просматриваются кристаллы двуводного гипса. В возрасте 180 дней низкосульфатная форма гидросульфоалюмината кальция полностью перекристаллизовывается и в структуре никогда не обнаруживается. Объем образцов увеличивается до линейного расширения 2,47, трещины раскрываются, а свободный гипс больше не обнаруживается; по-видимому, он весь расходуется на процесс перекристаллизации.
Характерно, что вследствие большого расширения прочность образцов сильно уменьшается и для образцов в возрасте шести месяцев составляет всего 176 кг!см2.
Продукты гидратации цемента рассмотренного состава аналогичны продуктам гидратированного портландцемента, затворенного с добавкой гипса.
2) Напрягающий цемент (НЦ), его природа и свойства (прочность и расширение)
В свое время сильно пропагандировалось использование добавки гипса к портландцементу для достижения быстрого затвердевания и накопления прочности. Естественно, что такое сочетание ничего хорошего дать не могло, так как образование C3A (CS)Hi2 и последующая его медленная перекристаллизация в C3A(CS)3H32 приводила к резкому снижению прочности, а иногда и к разрушению бетона. Это обстоятельство достаточно изучено в ФРГ фирмой Дикергофф, которой выпущен специальный браунмиллеритовый сульфатостойкий цемент — сульфадурцемент. Этот цемент не дает увеличения объема бетона и разрушения при добавке гипса в отличие от обычного цемента, богатого трех- кальциевым алюминатом, который в смесях с малым отношением ВЦ дает образование низкосульфатной формы сульфоалюмината кальция с последующей разрушительной перекристаллизацией в высокосульфатную форму. Рассматривая в этой связи два описанных вида портландцемента, обращаем внимание на то, что содержание в цементе окислов железа в значительной степени тормозит образование опасных форм сульфоалюмината кальция даже в средах, насыщенных гидроокисью кальция. В сульфадурцементе нет С3А, что является характерным его качеством, благодаря которому он не разрушается в сульфатных водах.