ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ ЦЕМЕНТА НА ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

Исследованиями, описанными в работе [8], показано, что в интервале значений X от 0,876 до 1,65, при которых формируются концентрированные цементные гели, про­цессы гидратации и кристаллизации протекают практи­чески одинаково. В сильно разбавленных водой цемент­ных суспензиях структурообразование происходит иначе, чем в концентрированных системах. При содержании во­ды, в 10—30 и более раз превышающем массу или объем твердой фазы, в ней растворяется значительное число цементных частиц, при этом в возрасте 1 сут в структуре цементного камня зарождаются игловидные кристалли­ческие образования, а уже на 3-й и 7-е сутки в поле зре­ния наблюдаются частицы правильной геометрической формы: квадратные, ромбические и шестиугольные. В концентрированных цементных гелях подобные виды кристаллов не образуются; структура цементного камня состоит из частиц твердой фазы, окаймленных тонкими стекловидными оболочками-каемками, которые, надо по­лагать, состоят из связанных друг с другом субмикро­кристаллических комплексов, содержащих молекулы воды [153].

Эти наблюдения хорошо согласуются с результатами исследований [87, 153], которыми установлено, что в це-

Мен? ной суспензии с относительно высоким бодосодер - жанием формируются палочкообразные и игловидные кристаллы. Последние кажутся как бы вросшими в пус­тоты, ранее заполненные водой. При малом количестве воды образуется плотная бесформенная масса, в которой не обнаруживаются кристаллы. Из всего приведенного можно заключить, что количество воды, оставшейся в цементном геле после его уплотнения под влиянием внут­ренних или внешних сил, в значительной мере влияет на вид структуры цементного камня.

Таким образом, на вопрос о том, образуются ли кри - сталлогидратные комплексы на поверхности цементных частиц или в пространстве между ними, можно ответить следующим образом. При высокой концентрации цемента новообразования формируются в стесненных условиях в виде субмикрокристаллических комплексов на поверхно­сти цементных частиц, т. е. на подложке, а в сильно раз­бавленных водой системах (суспензиях) зарождаются игловидные и палочкообразные кристаллические формы в пространстве, ранее занятом водой.

При прочих равных условиях «география» и «геомет­рия» кристаллообразования зависят также от степени дисперсности цементных частиц. Некоторые исследова­тели полагают, что если из цементной суспензии полу­чить коллоидальный раствор (уже в начальной стадии), можно значительно повысить прочность цементного кам­ня, а следовательно, и бетона. В связи с этим изменя­ются представления о роли тонкого измельчения твер­дых тел.

С повышением тонкости помола химический и мине­ралогический составы цемента не изменяются между тем как активность его повышается. Это обстоятельство оп­ределило тенденцию к всемерному увеличению дисперс­ности цемента как при заводском производстве, так и на стадии приготовления и уплотнения цементного геля и бетонной смеси. Для более полного и убедительного раскрытия влияния тонкого измельчения цемента на про­цессы структурообразования можно привлечь результа­ты экспериментов, описанных в работах [8, 14]. Под влиянием ультразвукового воздействия на цементный гель он разделяется на два слоя, качественно различаю­щиеся по структуре. В верхнем слое образца за пределом радиуса действия ультразвуковых волн сепарируются наиболее мелкие частицы твердой фазы, вытесненные

ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ ЦЕМЕНТА НА ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

Рис. 5.7. Влияние дисперсности це­мента на В/Ц при нормальной густо­те цементного геля (а) и прочность цементного кам­ня (б)

Кривые 1, 2, 3, 4, 5— Соответственно 5 у = = 6830; 13 500; 22 000; 20 000; 15 000 см2/г

Под влиянием волнового (радиационного) давления вме­сте с отжатой водой из подстилающего значительно бо­лее плотного слоя.

Отделить цемент в безводном состоянии (после уль­тразвуковой сепарации) можно при поглощении воды обезвоженным спиртом. Так, цементно-спиртовую сус­пензию отфильтровали через бумажный фильтр в тече­ние 30 мин, а затем твердую фазу вместе с фильтром по­мещали в сушильный шкаф и высушивали при /=379 К до постоянной массы. Дисперсность сепарированной твердой фазы оценивали по удельной поверхности, ко­торую определяли с помощью модернизированного при­бора Товарова[15].

Опыты показали, что с увеличением дисперсности це­мента до 5У=13 500 см2/г значения Кн. г возрастают по прямой зависимости, а далее они изменяются по кривой (рис. 5.7, а). В этих опытах замечены любопытные явле­ния, позволяющие раскрыть парадоксы, связанные с влиянием тонкого измельчения цемента на прочность це­ментного камня. При Sy=16 000 см2/г пестик Тетмайера не погружается в цементный гель нормальной густоты, а при слабоощутимом встряхивании пестик мгновенно в него проваливается. С другой стороны, при Sy= =5000 см2/г (остаток на сите с отверстиями 0,062 мм) создается гелеподобная дисперсионная система, пред­ставляющая собой слабосвязанную массу, при низком значении Кн. г (около 0,2). В ней частицы твердой фазы быстро седиментируют и из нее отслаивается вода; в об­разующийся осадок — скелет из цементных частиц — пестик Тетмайера практически не погружается. Отсюда следует, что в зависимости от удельной поверхности час­тиц формируются различные по своим физическим свой­ствам дисперсионные системы. При этом коагуляционные структуры могут образоваться только в определенном диапазоне удельных поверхностей цемента, зависящих, по данным, приведенным в работе [158], от его минера­логического состава.

Из рис. 5.7,6 видно, что до Sy=13 500 см2/г проч­ность цементного камня возрастает, а с дальнейшим уве­личением дисперсности цемента она резко снижается. При Sy=22 ООО см2/г цементный камень имеет исключи­тельно низкую прочность (1,5—2 МПа).

Определено [87], что при Sy=12 000 см2/г прочность цементного камня снижается по сравнению с прочностью при более низкой дисперсности. В работе [15] установ­лено, что спад прочности пропаренного цементного кам­ня происходит уже при Sy=8600 см2/г. По этим данным можно заключить, что оптимальная величина Sy равна примерно 6000 см2/г (по обычному прибору Товарова), или 13 500 см2/г по модернизированному прибору. В принципе все это подтверждается ранее высказанным положением, что если вся частица цемента гидратирует - ся сразу, тогда образуется большое количество микро­геля, но без последующего отвердевания [158].

ТАБЛИЦА 5.2. ИЗМЕНЕНИЕ рт ф В ПРОЦЕССЕ ТВЕРДЕНИЯ ЦЕМЕНТНОГО ГЕЛЯ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ДИСПЕРСНОСТИ ЦЕМЕНТА

Удельная по­верхность, см2/г

Плотность твердой фазы рт ф в возрасте, сут

0

1

2

3

7

14

28

4710 13 500 22 000

3,14

3,1

3,11

2,9

2,56

2,24

2,7 2,4 2,16

2,6

2,35

2,16

2,49 2,28 2,16

2,45 2,25 2,16

2,43 2,23 2,16

На самом деле, судя по табл. 5.2, можно удостове­риться в том, что при Sy=22 000 см2/г частицы гидрати - руются полностью в течение первых двух суток в то вре­мя как при более низкой дисперсности этот процесс не прекращается в отдаленные сроки.

Л:" -

[+:ШШ:У Вода

ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ ЦЕМЕНТА НА ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

Dfd2

Как видно, точка зрения, высказанная в работе [158], не беспочвенна и с ней следует согласиться. С уменьше­нием крупности частиц цемента ^-потенциал и степень гидратации их возрастают, вокруг частиц образуются толстые сольватные оболочки и изменяется соотношение электрических сил взаимодействия между ними.

С увеличением толщины сольватной оболочки (рис. 5.8, а) расстояние Du определяющее действие сил притяжения ионов диффузного слоя, увеличивается (кри­вая Л), а точка Р (где заряды диффузного слоя прибли­жаются к нулю), местоположение которой определяется координатой d2, перемещается за пределы сольватного слоя [43]. Поэтому при взаимодействии высокодисперс­ных частиц силы отталкивания (кривая R) превалируют над силами притяжения, что препятствует образованию коагуляционной структуры цементного геля. В этом слу­чае из-за относительно высокого адсорбционного водосо - держания цемента (при Sy=22 ООО см2/г, Кн. г~0,7) соз­дается слабоконцентрироваиный ионный раствор, «твер­дение» которого обусловливается слеживанием и уплотнением частиц твердой фазы, т. е. теми же явле­ниями, что и при затвердевании глинистой суспензии и других аналогичных коллоидных систем.

ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ ЦЕМЕНТА НА ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

Рис. 5.8. Измене­ние напряженности поля сил F в зави­симости от дисперс­ности частиц D

А и б — механизмы формирования струк­туры цементного ге - • ля при сольватации высокодисперсных и низкодисперсных ча­стиц цемента соот­ветственно

На крупных частицах цемента диффузный слой удер­живается слабее. Точка Р находится либо в пределах сольватной оболочки, либо располагается в периферий­ном ее слое. Более короткий радиус сил отталкивания по сравнению с силами притяжения (рис. 5.8, б) приводит в данном случае к образованию коагуляционной струк­туры цементного геля. Этот процесс сопровождается от­слоением некоторого количества жидкой фазы за счет слабо удерживаемых слоев диффузной воды.

Характер адсорбционных явлений на поверхности частиц подтверждается результатами определения водо - потребности цемента и прочности цементного камня в за­висимости от степени дисперсности цемента.

Комментарии закрыты.