Элементарное представление о возникновении прочности цементного камня можно составить по нашим воспоминаниям об игре с песком в детстве: чем мельче песок, смешанный с определенным количеством воды, тем прочнее изготовленные из смеси образцы.

Степень влияния тонких слоев на прочность сцепления может быть определена по трудности отделения друг от друга двух сложенных влажных стеклянных пластин. И в цементном геле пленки воды на поверхности гелевых частичек играют аналогичную роль, причем благодаря огромной удельной поверхности гелевых частиц (200-300 м2/г, а песок имеет поверхность 20-30 см2,/г), цементный камень достигает прочности 100 МПа и выше. Помимо действия водных пленок другие поверхностные силы также участвуют в создании прочности. Не последнюю роль играет и сцепление гелевых частиц друг с другом.

Существует однозначная связь между концентрацией гелевидных составляющих и прочностью цементного камня. Эта связь настолько сильна, что даже при различных значениях В/Ц в цементном клее она не нарушается рис. 9.4. Необходимо, однако, учитывать, что цементный клей с большими значениями В/Ц. т. е. с более высоким содержанием воды, исчерпывает свою

430

гидратационную способность при меньшей концентрации гелевых составляющих, чем цементный клей с малым В/Ц. Обратите внимание на то, что на горизонтальной оси отложена концентрация составляющих, а не время (рис. 9.5) в основе которого лежат значения, взятые из рис. 9.4. Здесь одинаковая концентрация гелевых составляющих и, следовательно, одинаковая прочность, которая из-за различных значений В/Ц наблюдается в различное время (представлена пунктиром).

Цемент только тогда полностью будет гидратирован, когда он затворен водой, количество которой соответствует не менее 40% массы цемента (В/Ц = 0,4), при меньшем количестве воды цемент гидратируется неполностью.

Возникает вопрос, каким образом все же достигается такая высокая прочность (рис. 9.4, 9.5) при В/Ц <0,4. Как видно из рис. 9.5, концентрация гелевых составляющих К3 недостижима в цементном клее с В/Ц = 0,4 даже после 28 сут. У цементного клея со значением В/Ц-0,32 прочность только немного увеличится, так как 100%-ная гидратация невозможна из-за недостатка воды: негидратированные зерна цемента сохранятся в массе геля. Напротив, цементный камень с В/Ц -0,4 будет гидратироваться далее, концентрация гелевых составляющих будет продолжать расти, достигнет значения Кз, и тем самым соответственно будет достигнута высокая прочность. Наивысшая возможная концентрация гелевых составляющих соответствует значению, которое достигается при полной гидратации цементного камня с В/Ц = 0,4. И при меньших В/Ц максимально достижима только эта концентрация гелевых составляющих. При этом видно, что значения В/Ц < 0,4 целесообразно принимать лишь тогда, когда необходимо повышение прочности в короткие сроки. Способность цемента к твердению при этом полностью не используется, поскольку часть его выполняет функции заполнителя.

Еще один фактор влияет на скорость роста концентрации гелевндных составляющих — температура. При этом не имеет значения, произошло ли повышение температуры за счет поступления теплоты извне или за счет собственного тепловыделении при гидратации. При температурах ниже 5°С гидратация практически не происходит. С повышением температуры она протекает быстрее. За счет ускоренного твердения бетона производительность увеличивается. Однако важно следить, чтобы при высоких температурах вода не удалялась из бетона, так как иначе гидратация прекращается. Напротив, низкие температуры замедляют твердение. В этом случае целесообразно использовать добавки, ускоряющие твердение. И так:

• прочность цементного камня зависит от концентрации гелевндиых составляющих;

• в цементных клеях с различным водосодержаннем концентрация гелеобразных составляющих нарастает с неодинаковой скоростью (более высокое значение В/Ц замедляет скорость);

• при одинаковой длительности твердения достигается более высокая концентрация гелевых новообразовании и тем самым большая прочность при меньших В/Ц;

• максимально возможная концентрация гелевндиых составляющих наблюдается у полностью гидратированного цементного камня с В/Ц = 0,4;

• при значениях В/Д < 0,4 эта максимальная концентрация вследствие незначительности заполняемого объема и избытка цемента достигается раньше. Поэтому очень быстро набираются высокие прочности;

• при В/Ц > 0,4 в случае полной гидратации (цемент использован полностью) прочность, которая может быть достигнута, будет тем ниже, чем выше значение В/Ц;

• путем повышения температуры твердение цементного камня может быть усилено.