Структура продуктов гидратации алюминатных солей клинкера совместно с известью и гипсом. Условия образования C3A(CS)Hi2, его устойчивости и перекристаллизации в С3А Многочисленные исследования продуктов гидратации силикатных и алюминатных солей клинкера (при рассмотрении структурных форм новообразований), касаются преимущественно систем с большим содержанием воды. В то же время современная техника приготовления бетонной смеси все больше отклоняется в сторону мало обводненных систем, в которых процессы и формы новообразований существенно видоизменяются. Можно смело утверждать, что при малом количестве воды затворения возникают формы и виды новообразований, совершенно неизвестные в прошлом, и в связи с этим возникают новые способы воздействия на структуру новообразований в период ее формирования. Наконец, появляются возможности внешнего управления ходом построения структуры, позволяющие волевым образом и в широких пределах производить необходимые ее перестройки. В этих перестройках и заключаются те огромные, не вскрытые еще полностью возможности построения структуры цементного камня новыми способами.
Нужно с сожалением отметить, что огромная исследовательская работа, выполненная учеными многих стран в направлении изучения форм новообразований твердеющего цемента и механизма их возникновения и роста с помощью методов микроскопии, не только не дает нужных указаний по работе с малообводненными системами, но часто ставит исследователя втупик, поскольку факты свидетельствуют о яв-ных несоответствиях действительности.
Водонепроницаемый расширяющийся цемент предназначается для замоноличивания сборных и поврежденных железобетонных конструкций, устройства торкретной гидроизоляции (когда в процессе возведения сооружения нет гидростатического давления воды), создания гидроизоляционного слоя на напорных железобетонных трубах в процессе их производства, заделки трещин и их гидроизоляции, заделки анкерных болтов, заполнения пространства между станинами машин и фундаментами, гидроизоляции швов между тюбингами, применяемыми для обделки туннелей, стволов шахт и др.
Технические качества и требования ВРЦ определяются соответствующими техническими условиями (ТУ 66—50МСПТИ).
Испытания ВРЦ следует выполнять по особой методике, отличной от принятых для обычных цементов.
Необходимо помнить, что хранить и транспортировать ВРЦ нужно в герметической таре. Кроме того, его качество при длительном хранении должно проверяться не реже одного раза в месяц.
Полная компенсация усадки и создание положительного расширения были достигнуты применением водонепроницаемого расширяющегося цемента ВРЦ.
Разработанный нами водонепроницаемый расширяющийся цемент является быстросхватывающим и быстротвердеющим гидравлическим вяжущим, которое приобретает достаточно высокую прочность уже через несколько часов твердения. Этот цемент успешно выдерживает высокое гидравлическое давление и действие фильтрующей воды. В состав расширяющегося цемента входят глиноземистый цемент, гипс и высоко-основный гидроалюминат кальция, который получается совместной гидратацией, сушкой и ‘помолом глиноземистого цемента и извести. Степень расширения .нового цемента регулируется изменением соотношения его компонентов в широких пределах.
В поисках решения самой идеи — компенсации, а затем и ликвидации усадки цемента — был использован сульфоалюминат кальция, изученный в многочисленных исследованиях советских ученых. Это соединение известно в прошлом как злейший враг бетона и было названо «цементной бациллой», считавшейся причиной многих повреждений бетона. В данном случае при разработке нового цемента удалось добиться того, что это вещество, однажды образовавшись, проявляет свои расширяющиеся свойства в удобный для твердения бетона период; этим была исключена всякая опасность вредного влияния сульфоалюмината кальция впоследствии.
Водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ) получается тщательным смешением в определенной дозировке глиноземистого цемента, высокопрочного либо строительного гипса 1-го или 2-го сорта и молотого высокоосновного гидроалюмината кальция.
Изложенная здесь теория капиллярного взаимодействия коллоидных частиц затвердевшего камня, несомненно, страдает многими недостатками и требует совершенствования. Однако это практически пока единственная теория, позволяющая математически рассчитать усилия и деформации в цементном камне и непосредственно проверить их физическим испытанием. Своей наглядностью теория помогает исследовате-лю понимать сложные структуры современных цементов и облегчает решение задачи по управлению образованием структур.
Ввиду того что цементы обычно применяют в растворах или бетонах, внешнее проявление усадки значительно меньше усадки самого цемента в связи с сопротивлением процессу усадки, оказываемым заполнителем. Однако размер усадки цемента, содержащегося в бетоне, остается на прежнем уровне, в силу чего в каждой пазухе между заполнителями возникают большие растягивающие напряжения в цементном камне, приводящие к появлению в нем микротрещин (так называемых усадочных трещин).
Существование таких внутренних разрывов ведет к тому, что вода при низком давлении и даже под влиянием собственного веса легко проходит сквозь толщу бетона.
Последствия усадки цемента можно наглядно наблюдать при заделке цементным тестом фонтанирующих щелей и трещин. Вследствие усадки либо тело цементного камня в заделке пересекает новая трещина, либо такая трещина возникает на грани примыкания цементного камня к заделке.
Невидимая на глаз щель легко обнаруживается при подаче к заделке воды, которая тотчас же просачивается в виде капель или струек.
Если в какой-то начальный момент влажность среды и содержание воды в цементном камне определялись состоянием равновесия, то в следующие моменты равновесие нарушается и должна происходить конденсация влаги, что задерживает увеличение капиллярного сжатия частиц и тем самым уменьшает размеры усадки. Если приток влаги из воздуха среды обеспечен, то может быть непрерывная и притом полная- компенсация усадочного сжатия.
При хранении образцов твердеющего бетона в воде неограниченный приток последней может компенсировать усадку и даже вызвать разбухание бетона, но при этом неминуемо увеличиваются размеры пор и каналов системы (которые заполняются водой). Если такую систему поместить в среду с малой влажностью, то бетон быстро отдаст свою воду (из-за широких каналов) и получит усадку, большую, чем это могло бы быть при нормальных воздушных условиях твердения.
Наоборот, если сразу с момента начала схватывания и твердения нет равновесия между влагой среды и влагой бетона (причем влажность среды мала), то бетон будет отдавать влагу в среду тем энергичнее, чем крупнее поры новообразований. В этом случае будет происходить интенсивная усадка, связанная с уменьшением содержания влаги у мест контактов. Если среда очень сухая, а поры широкие, то воды окажется недостаточно для снабжения диффузного слоя гидратируемых частиц клинкера и твердение бетона вовсе прекратится. При этом будет большая усадка бетона, которая произойдет премущественно вследствие капиллярного сжатия, а не из-за интенсивного образования цементного камня. Отсюда видно, насколько важно удержать в бетоне оптимальное количество воды, особенно в первые периоды схватывания и твердения.
Бетон даст большую усадку при его хранении в обычных условиях, после длительного хранения в воде по сравнению с таким же бетоном, твердеющим сразу после изготовления в нормальных воздушных условиях.