16.03.2011
В стадии формирования коагуляционной структуры происходят процессы перекристаллизации алюминатных соединений, в результате чего создаются сростки, цепочки и иглы в виде каркаса, пронизывающего структуру. Эта структура после предельного насыщения среды цементного клея новообразованиями уплотняется и оформляется в надежный псевдокристаллический каркас.
Момент предельного насыщения характеризуется переломом точки, которой разграничивают различные состояния структуры цементного камня. Такое насыщение наступает для высокоалюминатного цемента через 33, 110, 320 мин (для водоцементных отношений 0,28; 0,4; 0,5) и для низкоалюминатного соответственно через 240, 4-50, 1000 мин.
При схватывании и твердении ионы гидратируемого клинкера, как правило, выбрасываются из системы в наиболее удаленные зоны, причем движение ионов тем более ограничено, чем больше в системе крупных и мелких воздушных пузырьков. В первый период гидратируются преимущественно ионы окиси кальция и алюминатных и ферроалюминатных солей силикатных соединений. Очень быстро, особенно при малом содержании воды затворения (при жесткой консистенции цементного теста), наступает пересыщение раствора, принимающего вид клея. Создаются сростки новообразований различных форм и конфигураций, и начинается процесс кристаллизации, сопровождаемый освобождением части воды, сорбированной на зернах новообразований.
Система твердеющего цементного камня рассматривается нами [3] как структура, в которой химически взаимодействуют исходный цемент, новообразования, вода и воздух. Роль последнего не второстепенна; от распределения воздуха в структуре цементного камня в значительной степени зависят скорости гидратации и объемные деформации, которые характеризуют систему во времени.
На схеме условно представлена структура твердеющего цементного камня, после того как гидратирована подавляющая часть алюминатных соединений, на что требуется сравнительно небольшое время. К этому сроку зерна C3S и в очень небольшой степени C2S уменьшаются за счет гидратации с поверхности. Диффузный слой воды по мере развития процесса гидратации зерен C3S становится тоньше, процесс все больше замедляется и в конце концов приостанавливается из-за недостатка воды. Чем больше крупных и мелких пор воздуха распределено в системе, тем быстрее происходят насыщение раствора и кристаллизация новообразований.
Е. Е. Калмыкова и Н. В. Михайлов, исследуя процессы гидратации цемента, показали, что существуют две стадии структурообразо- вания цементного камня:
а) стадия формирования структуры с преобладанием образования коагуляционной обратимо восстанавливающейся при разрушении тиксотропной структуры и
б) стадия упрочнения, характеризуемая коагуляционно-кристалли- зационной структурой.
Эти стадии четко различаются степенью пластичности системы и характеризуются изменением закона роста пластической прочности, фиксируемой на электронно-сельсинном эластовискозиметре (системы Н. В. Михайлова и Е. Е. Калмыковой). Для каждого вида цементного теста существует характерная точка (рис. 3.4), когда пластическая прочность структуры начинает быстро возрастать.
В результате активная поверхность частиц цемента быстро увеличивается, что приводит к ускорению гидратации и гидролиза. Проведенные Н. Г. Зайцевой и А. М. Смирновой исследования с применением радиоактивных изотопов показали, что при затворении водой трех.
Расчет деформаций предварительно напряженных конструкций производится с учетом значений начальных модулей упругости бетона на сжатие и растяжение, приведенных в.
При учете поперечных деформаций бетона коэффициент Пуассона принимается: для тяжелого и легкого бетона — 0,15 Еб, модуль сдвига — 0,4 Еб. кальциевого алюмината С3А в течение первого часа действия процесса удельная поверхность увеличивается от начальной исходной поверхности цемента 3000—6000 см2г до 250 000 см2г, т. е. в 80 раз и более. Это происходит в результате химических и механических процессов, когда мелкие зерна цемента (менее 10 мк) распадаются полностью на 100 тыс.— 100 млн. частиц коллоидных размеров (от 0,1 до 0,01 мк), образуя коллоидный цементный клей.
Более крупные зерна цемента и осколки полиминеральных структур C3S и C2S долгое время не способны диспергироваться полностью, и внутри зерна остается ядро, не-тронутое водой. Слой цементного клея по мере увеличения коллоидной фазы за счет рас-творения коллоидных частиц создает пересыщение раствора и обеспечивает кристалли-зацию гидрат.ных образований вокруг зерна цемента, поскольку он отделен от него слоем диффузной воды, свободной от растворимых солей. Через этот слой в процессе даль-нейшего растворения непрерывно выбрасываются гидратированные ионы и молекулы клинкерных солей, которые переходят в зону твердеющего цементного камня и поглощаются ближайшими из растущих кристаллических образований последнего.
1) Механизм схватывания и твердения вяжущих из портландцемента
В современном высокопрочном алитовом портландцементном клинкере различают две характерные разновидности структуры сростка клинкерных соединений в виде:
а) высокоалюминатного портландцемента в котором лолиминеральные структуры C3S и C2S склеены стекловидной массой из алюминатных (СзА), и некоторого количества ферроалюминатных (C4AF) соединений кальция;
б) браунмиллеритового портландцемента , в котором полиминеральные структуры C3S и C2S склеены стекловидной массой исключительно из ферроалюмината кальция C4AF, а алюминаты кальция С3А отсутствуют полностью.
Для стабилизации технических свойств и для регулирования сроков схватывания портландцемента указанные клинкеры портландцемента размалываются с небольшой добавкой гипса, который в водной среде способен быстро давать химические соединения с гидратируе- мыми алюминатными соединениями клинкера.
При затворении любого портландцемента в воде в результате адсорбционного и химического диспергирования, описанного академиком П. А. Ребиндером, зерна цемента, являющиеся осколками помола механического сростка клинкерных соединений, распадаются на отдельные микроосколки и мельчайшие коллоидные частицы. Это дис-пергирование облегчается высокой растворимостью стекловидной массы алюминатных и ферроалюминатных соединений и расклинивающим действием воды (по П. А. Ребиндеру), проникающей в многочисленные микротрещины частиц цемента.
В соответствии с указаниями действующих норм проектирования железобетонных конструкций (глава СНиП II-B. 1-62) в перечисленных ниже случаях значения расчетных сопротивлений бетона сжатию пр и Rи, приведенные в 3.4, умножают на коэффициенты условий работы тб:
а) при проверке прочности элементов конструкций в стадии предварительного обжатия бетона — т6 —1,2;
б) для бетонов, приготовляемых на бетонных заводах или бетонных узлах с применением автоматического или полуавтоматического дозирования составляющих,—-тб=1,1, когда систематическим контролем коэффициента однородности бетона сжатию подтверждается повышение его значения против нормируемого (см. главу СНиП II-A.10-62);
в) при расчете прочности центрально и внецентренно сжатых элементов, бетонируемых в вертикальном положении (например, стеновые панели, изготовляемые кассетным способом, и т. п), — тб=0,85.
г) при расчете прочности стеновых панелей для простенков с площадью сечения менее 0,1 м2 — тб— 0,8.
В случае расчета предварительно напряженных конструкций из тяжелого бетона на выносливость, а также по образованию трещин при многократно повторяющейся нагрузке, значения расчетных сопротивлений вычисляются умножением соответствующих Расчетные сопротивления легкого бетона в конструкциях с многократно повторяющимися нагрузками должны быть специально обоснованы.