Первые опыты по активации цементной пасты при помощи серийно выпускаемого вибратора

Первые же опыты по активации принесли неожиданные и неоднозначные результаты, весьма важные для последующего правильного понимания и при­менения эффекта виброактивации цементных паст. Для их уточнения и пере­носа в практическую плоскость была проведена серия экспериментов с исполь­зованием промышленного, серийно выпускаемого и массово используемого в строительной индустрии погружного вибратора типа И-21 с частотой вибро­возмущений - 7000 колебаний в минуту (116,7 Гц). Ход экспериментов пред­ставлен ниже.

Цементное тесто из портландцемента типа «А» приготовлялось вручную перемешиванием в металлической чашке. Объем замеса равнялся 14 л (36 об­разцов 7 x 7 x 7 см). Половина замеса помещалась в стальной цилиндр для ви­брообработки, а другая половина временно оставалась в чашке.

В цилиндр с цементным тестом погружался наконечник вибратора с гиб­ким валом так, чтобы он не доходил до дна цилиндра на 2-3 см. Вибратор вклю­чался на заданное время, причем наконечник вибратора находился примерно на оси цилиндра.

Провибрированная паста укладывалась в формы 7 x 7 x 7 см. Применялись 12-гнездные формы: 6 ячеек заполнялись провибрированной пастой, а остальные - невибрированным цементным тестом. Форма устанавливалась на вибростоле, который запускался на 30 секунд для уплотнения образцов из цементного теста и пасты. Условия укладки в формы и уплотнение образцов как цементной пасты, так и цементного теста (контрольных образцов) были совершенно одинаковые.

Образцы приготовлялись на 3 срока хранения: 7, 28 и 90 дней (по 6 образ­цов на каждый срок хранения). Таким образом, одновременно изготовлялись 18 образцов из провибрированной пасты и 18 - из невибрированного цементно­го теста, служивших контрольными.

Образцы извлекались из форм через сутки после изготовления и помеща­лись во влажные опилки на весь срок хранения. Температура в камере хранения колебалась в пределах +17-24 °С.

Были изготовлены образцы при пяти водо-цементных отношениях: 0,20; 0,23; 0,26; 0,29 и 0,32. Продолжительность виброобработки каждого состава из­менялась от 5 до 40 мин. Испытание образцов на прочность проводилось сжа­тием на 50-тонном прессе.

Из результатов испытания отбрасывались два наименьших значения, а из оставшихся четырех выводилось среднеарифметическое.

Результаты испытания образцов в возрасте 7-90 суток представлены в фор­ме таблицы (см. таблицу 8.1.2-1).

Сопоставление зависимостей прироста прочности цементного камня от вре­мени вибрирования позволяет заключить, что при данном цементе и данном ви­браторе максимальная прочность образца достигается только при строго опреде­ленном В/Ц и соответствующем времени виброактивации.

С увеличением В/Ц прочность образцов падает, а время вибрирования, не­обходимое для достижения максимальной прочности при данном В/Ц, растет.

Второе положение (рост длительности вибрирования) воспринимается как парадоксальное, но оно становится понятным, если учесть, что величина В/Ц

Длительность виброактивации

Прирост относительной прочности по сравнению с необработанным цементом, в зависимости от сроков твердения и от В/П, в %

В/Ц = 0,20

В/Ц = 0,23

В/Ц = 0,26

В/Ц = 0,29

В/Ц = 0,32

7 сут.

1 мес.

3 мес.

7 сут.

1 мес.

3 мес.

7 сут.

1 мес.

3 мес.

7 сут.

1 мес.

3 мес.

7 сут.

1 мес.

3 мес.

0 мин. (контроль)

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

5 мин

9,0

5,5

26,7

7,6

5,5

9,2

4,9

4,8

5,0

3,8

6,0

4,8

-0,3

0,5

0,5

10 мин.

9,4

30,8

26,9

20,4

30,8

38,7

9,9

5,3

9,6

8,2

10,9

8,8

-0,6

1,0

1,9

15 мин.

6,8

29,5

27,1

19,2

30,0

37,8

13,6

15,0

16,3

9,8

11,1

10,5

-0,9

1,4

2,3

20 мин

4,7

28,3

27,3

17,4

28,3

36,1

16,5

21,1

21,7

11,4

11,6

11,8

-1,2

1,9

3,3

25 мин.

5,8

30,0

25,5

14,8

30,2

36,6

17,0

20,3

21,7

10,9

12,5

12,1

1,9

2,9

7,5

30 мин.

6,8

31,6

25,1

13,0

31,9

37,0

17,5

18,9

21,7

10,6

13,4

12,3

4,3

4,8

10,3

35 мин.

8,1

33,8

23,9

16,7

34,6

35,3

18,0

18,5

21,5

10,1

14,8

12,5

6,8

5,7

9,8

40 мин.

9,4

35,4

23,1

20,4

35,4

34,0

18,5

17,2

21,3

9,2

15,3

12,7

10,6

7,7

9,3

Примечание:

В первоисточнике результаты эксперимента представлены в форме системы графиков на нескольких диаграммах. Для большей наглядности данные были пересчитаны в единый формат и сведены в общую таблицу. Благодаря этому сразу наглядно «всплывают» экстремумы.

Таблица 8.1.2-1

Влияет не только на конечную прочность образца, но и на сам процесс виброак­тивации цемента.

Объяснением этому может служить тот факт, что в водно-цементной пасте вода должна не только смочить каждое зерно цемента в отдельности, но и запол­нить все пустоты между ними. Выполнить это на практике практически невозмож­но - зерна цемента агрегатируются, создают сгустки-конгломераты из отдельных зерен. Если же к системе подвести внешнее вибровоздействие, цементные агломе­раты разрушаются и вода получает доступ к каждому цементному зерну.

Но такая картина нелинейно накладывается на содержание воды в системе (величина В/Ц). Водно-цементная паста - это двухкомпонентная система. Ее со­ставляющие, цемент и вода, имеют совершенно различные физические характе­ристики, в частности, у них совершенно разные модули упругости (разница при­мерно в 4 порядка). Поэтому воды в водно-цементной пасте должно быть строго определенное количество. При ее недостатке образуются микрополости и кра­теры вокруг вибратора - вибровоздействию подвергается только заключенный в них воздух. При избытке же воды происходит расслоение бетонной смеси - це­ментные зерна отжимаются на периферию, а вокруг вибратора концентрируется вода, которая и поглощает большую часть вибровоздействия.

Максимальный эффект виброактивации со сниженным сроком вибрирова­ния достигается при назначении строго оптимальной величины водной добавки. Ее величина всецело зависит от параметров вибровоздействия и величины нор­мальной густоты цемента. В ориентировочных расчетах можно отталкиваться от величины 0,9-0,96 НГ.

Оптимальная длительность вибрировании также является достаточно зна­чимой величиной. Причем подбор длительности всецело зависит от принятого расхода воды. Если воды много, то прочность образцов равномерно растет во все сроки твердения с увеличением времени виброактивации. Если воды мало, то на­блюдается некий сброс прочности при увеличении времени виброактивации, осо­бенно в длительные сроки хранения. Эти явления обуславливаются тем фактом, что при длительном периоде виброактивации начинающиеся в цементе процессы структурообразования нарушаются продолжаюшимся вибровоздействием.

В таблице 8.1.2-1 четко видно, что только при строго определенных пара­метрах (В/Ц=0,23, время активации 10 минут) наблюдается наибольшая эффек­тивность виброактивации. Можно предположить, что многие исследователи не придавали внимания столь «незначительным» мелочам. В результате приходили к совершенно противоположным выводам, которые и распространяли потом в качестве доказательства несостоятельности виброактивации как таковой. Дей­ствительно, достаточно при прочих равных условиях увеличить В/Ц с 0,23 до 0,32 и можно вместо прироста прочности в 20,4 % в 7-суточном возрасте получить ее сброс (!) на 0,6 %

Аналогично, при неизменном В/Ц = 0.2, увеличив время активации с 5 до 20 минут, можно получить не прирост, а почти двукратный сброс (!) прочности (вместо 9,0 % - 4,7 %). Между тем, все эти парадоксы имеют вполне логичное на­учное обоснование.

Были проведены также серии крупномасштабных экспериментов, направ­ленных на изучение влияния физико-химических аспектов, и в частности хи­мико-минералогического состава цементов на эффективность виброактивации. Было установлено, что наибольший эффект показывают виброактивированные цементы с повышенным содержанием C3S и C3A.

Комментарии закрыты.