ГИДРАТАЦИЯ И ТВЕРДЕНИЕ АЛЮМИНАТНЫХ (ГЛИНОЗЕМИСТЫХ), РАСШИРЯЮЩИХСЯ И ДРУГИХ ЦЕМЕНТОВ

ГИДРАТАЦИЯ И ТВЕРДЕНИЕ АЛЮМИНАТНЫХ (ГЛИНОЗЕМИСТЫХ), РАСШИРЯЮЩИХСЯ И ДРУГИХ ЦЕМЕНТОВ

Начальный период гидратации

Он полагает, что не существует непосредственного контакта между внутренней поверхностью оболочки и негидратированным цементным зерном, которое она окружает. Между зерном клинкера и продуктом гидратации имеется зона перехода. Размеры этой зоны определяются радиусом действия поля поверхностных вандерваальсовских сил, которыми вызывается и сцепление зерна с оболочкой. Зона перехода заполнена водой и новообразованиями в ионном и молекулярно-дисперсном состоянии.

В начале процесса на поверхности гидратирующихся зерен образуются тонкие и легко-проницаемые оболочки, через которые ионы из зоны перехода легко проникают в капиллярное (межзерновое) пространство цементно-водной суспензии. С течением времени оболочка становится толще и плотнее, диффузия через нее ионов из зоны перехода в капиллярное пространство затрудняется и раствор в зоне перехода оказывается более пересыщенным, чем раствор е капиллярном пространстве.

В этих условиях из-за различия химических потенциалов раствора возникает осмотическое давление. Величина осмотического давления тем больше, чем выше степень пересыщения раствора в зоне перехода, и оно будет увеличиваться во времени с повышением плотности оболочки. Вследствие большей концентрации раствора в переходной зоне вода из капиллярного пространства будет диффундировать в зону перехода оболочки, вызывая этим набухание гидратирующегося цементного зерна.

Наблюдаемое нами расширение цементно-водной суспензии в начальный период гидратации и вызывается действием осмотических сил, природа возникновения которых была изложена выше. Следует отметить, что подобное расширение цементного теста в процессе схватывания наблюдал и Стейнор, экспериментальные данные которого впервые опубликовал Пауэре.

По данным Стейнора, расширение цементно-водной суспензии началось через 1 ч 30 мин после затворения или через 12 мин после окончания седиментации.

В наших опытах расширение цементно-водной суспензии, как правило, начиналось через несколько минут после затворения, но в опытах Стейнора наблюдения проводились на менее концентрированных суспензиях (при В/Д = 0,55). Наши же эксперименты велись на цементном тесте нормальной густоты.

Расширение твердеющего цементного камня.

Из данных, полученных в этих работах, следует, что расширение цементно-водных суспензий как следствие действия осмотических сил возможно только в цементно-водных суспензиях с низкими начальными водоцементными отношениями, т. е. только в том случае, когда гидратирующиеся цементные зерна непосредственно соприкасаются друг с другом или контактируют через твердые промежутки новообразований. Это бывает на более поздних стадиях гидратации, когда капиллярное пространство заполняется кристаллогидратами — продуктами реакции.

Дальнейшее наблюдение за изменением объема твердеющей цементно-водной суспензии на обычных цементах показывает, что начальное расширение затем сменяется усадкой.

Подобное изменение объема системы, вероятно, можно объяснить тем, что пленки вокруг гидратирующихся зерен постепенно разрушаются под действием возросшего осмотического давления, а в зоне капиллярного пространства к этому времени еще не сложилась жесткая кристаллизационная структура, способная прочно зафиксировать начальное расширение, вызванное набуханием гидратирующихся зерен под действием осмотических сил. Под постепенным разрушением экранирующих пленок следует понимать их неодновременное разрушение на зернах разной величины. Осмотическое давление, при котором разрушаются защитные пленки, достигает критической величины тем раньше, чем мельче зерна.

Таким образом, можно полагать, что при определенных условиях осмотическое давление, возникающее в процессе гидратации, может вызвать расширение твердеющего цементного камня.

В предлагаемой гипотезе и рассмотрены те необходимые условия, при которых получается устойчивое расширение в процессе твердения расширяющихся цементов, вызываемое возникающим и развивающимся во времени осмотическим давлением и другими причинами.

Предлагаемую гипотезу о природе расширяемости цементного камня в процессе гидратации цемента можно кратко сформулировать таким образом.

Осмотическое давление

В процессе гидратации цементов, которая носит диффузионный характер, вследствие различия химических потенциалов растворов, заполняющих зону перехода и капиллярное пространство, возникает осмотическое давление.

В условиях, когда гидратирующиеся зерна цемента непосредственно контактируются друг с другом (при низких водоцементных отношениях), осмотическое давление может вызывать их раздвижку и, следовательно, кажущийся объем цементно-водной суспензии, а затем и твердеющего цементного камня при этом будет увеличиваться.

В условиях водного твердения образующиеся поры и капилляры заполняются водой, что способствует естественно дальнейшему расширению твердеющего камня при условии продолжающегося действия осмотических сил.

Прекращение действия осмотического давления может вызываться:

а) разрывом гелевидной оболочки на поверхностях гидратирующихся зерен цемента;

б) прекращением реакций гидратации вследствие утолщения и уплотнения оболочек вокруг зерен цемента или испарения воды из капиллярного пространства цементного камня (при твердении на воздухе).

Как уже отмечалось, при гидратации всех цементов, а не только расширяющихся, в определенных условиях (низкие значения ВЦ и отсутствие испарения влаги в окружающую среду) в начальный период увеличивается объем цементно-водной суспензии (она набухает).

В процессе гидратации обычных цементов это кажущееся увеличение объема цементно-водной суспензии через некоторое время прекращается и начинается усадка, продолжающаяся после образования прочной структуры цементного камня.

Подобное изменение объемных деформаций в процессе гидратации обычных цементов, как уже отмечалось, вызывается возникновением и развитием осмотического давления и последующим прекращением его действия вследствие разрыва гелевидных оболочек на поверхностях гидратирующихся зерен цемента в тот период, когда еще не сложилась жесткая кристаллизационная структура в капиллярном пространстве цементного камня, способная зафиксировать начальное расширение.

ГИДРАТАЦИЯ И ТВЕРДЕНИЕ АЛЮМИНАТНЫХ (ГЛИНОЗЕМИСТЫХ), РАСШИРЯЮЩИХСЯ И ДРУГИХ ЦЕМЕНТОВ