Главная
Бетон
Блог
Виды бетона
Прочность бетона
Деформации бетона
Строительные решения
Добавки для бетона
Бетонная смесь
Твердение бетона
Информация о цементе




Вход на сайт

Структурообразование бетона

Автор: admin от 7-02-2012, 16:49

Каждая стадия структурообразования бетона характеризуется определенными свойствами структур, возникших (или преобладающих) в настоящее время. К этим свойствам относятся интенсивные тепловыделения, электропроводность, упругие свойства, степень гидратации.

При смешивании цемента с водой вследствие процессов гидролиза и гидратации возникают микроструктуры твердения, характер и свойства которых изменяются со временем. Эти структуры возникают в промежутках между частицами цемента, заполненных водой, как результат связей между новообразованиями гидратов минералов клинкера. Академик П.О.Ребиндер по характеру этих связей разделяет структуры твердения на коагуляционные, условно-коагуляционные и кристаллизационно-конденсационные. Эти структуры характеризующие основные стадии развития процессов твердения и структурообразования цементного камня.

На первой стадии формирования и развития дисперсной системы «цемент + вода» возникают коагуляционные структуры в основном за счет энергии межмолекулярного притяжения при повышении концентрации новообразований, преимущественно гидросиликатов и гидроалюминаты кальция. Эти гидраты очень маленькие (субмикрокристалы) по размерам меньше 0,1 мкм. Они создают в промежутках между гидратированными зернами коллоидную систему - так называемый тоберморитовый гель. Между частями возникают коагуляционные контакты, что приводит к возникновению коагуляционной структуры.
Особенностью этих контактов является обязательное наличие между частицами тонкой устойчивой прослойки воды, условно показано на предложенной профессором В.Б.Ратиновим схеме контактов.
Коллоидной структуры, возникшей на первой стадии, входят частицы клинкера и другие включения, которые не полностью про реагировали. Такая структура является матрицей будущего конденсата кристаллизационной структуры, от которой зависят физико-механические свойства бетона.

Характерными особенностями коагуяцийних структур, обусловленных характером контактов между частицами, являются:
- Оборачиваемость, т.е. способность самопроизвольно и неоднократно восстанавливаться через некоторое время после разрушения. Это свойство коагуляционных структур дисперсных систем называется тиксотропии;
- Высокая эластичность: под действием напряжения структура способность к значительным деформациям без разрывов и трещин в результате того, что частицы могут перемешиваться и возвращается относительно друг друга благодаря прослойке воды в точках контакта.

Различают первичную структуру - возникновение коллоидной структуры из гидратных новообразований на частицах вяжущего и вторичную дисперсную пространственную структуру, которая возникает в результате взаимодействия, объединения гидратных оболочек с включенными в них частицами минерального вяжущего. С развитием этих оболочек и ассоциирования их возникает меж частичная агрегация. В конце первой стадии создаются условия для возникновения пространственного каркаса периодической коллоидной структуры.

Длительность существования коагуляционной структуры в чистом виде относительно невелика. В этот период цементное тесто, состоящее из частиц цемента, что не прореагировали, и желе подобной массы, приобретает свойства структурированной системы, которая имеет некоторую пластическую прочность и реологические свойства пластинного тела - предельное сопротивление сдвигу и вязкость. Однако на стадии коагуляционной структуры связи между ее элементами довольно слабые и податливые. В этот период цементное тесто затвердевает. В конце первой стадии система наиболее восприимчива к внешним действиям и технологическим приемам.

Вторая стадия - индукционный период, дальнейшее развитие пространственной периодической коллоидной структуры, относительная постоянность механических свойств системы. Степень гидратации небольшая, наблюдаются деструктивные явления. Вокруг зерен возникают оболочки из новообразований, препятствующих дальнейшему проникновению воды до частиц клинкера. В связи с переходом гидратных новообразований в термодинамически более устойчивые формы происходят деструктивные явления, характеризующиеся спадами модуля деформации. Это сопровождается изменением поверхностной энергии и сил взаимодействия частиц. Резким замедлением роста электропроводимости системы вследствие возникновения и уплотнения сольватных оболочек, препятствующих проникновению в меж зерновое пространство новых ионов.

Условно коагуляционная структура возникает с увеличением степени превращения исходной фазы (частиц цемента) на гидратные новообразования.

Для этих структур характерно, что между контактирующими частицами гидратов нет прослойки воды, они возникают вследствие переплета удлиненной формы в виде войлока, фашин подобное.

Третья стадия - возникновение пространственного каркаса конденсата кристаллизационной структуры. Интенсивно идут процессы структурообразования и гидратации, о чем свидетельствует рост модуля упругости системы и тепловыделение. Электропроводимость резко падает, степень гидратации увеличивается. Возникновение контактно-кристаллизационного каркаса сопровождается деструктивными явлениями, наблюдаются спады модуля упругости. Конденсационно-кристаллизационная структура имеет контакты прямого сращивания кристаллов соответствующих гидратов. Эти принципиально новые виды контактов вызывают в структуре качественно новые связки и придают ей механических свойств. В отличие от коагуляционных, эти структуры под воздействием напряжений деформируются и разрушаются необратимо, самовольно восстанавливаются. Поэтому механические действия (например, вибрации) с целью усовершенствования структуры на этой стадии не только бесполезны, но даже вредны.

Четвертая стадия - незначительный рост модуля упругости и значительное повышение прочности за счет субмикрокристаличнои (гелеобразной) фазы, медленное развитие структуры гидросиликатов, что приводит неупругие свойства цементного камня. Скорость гидратации наименьшая.
Происходят обрастания основного кристаллизационного каркаса и развитие гидратных новообразований между его элементами; возникают внутренние напряжения, которые вызывают спады упругости и прочности.

Кристаллизационные контакты, создавая своеобразный жесткий каркас, способствуют резкому повышению прочности материала. Вязкопластическое деформирование переходит в хрупкое разрушение. Повышению прочности способствуют также увеличение количества контактов прямого сращивания, увеличение объемной концентрации новообразований и плотности геля в пространстве между частицами бетона. Вместе с тем возникает и развивается кристаллический каркас, спадает внутренние напряжения в твердеющей системе. Происходит (особенно при повышении температуры) так называемое старение геля - укрупнение частиц, уменьшение количества контактов и снижению прочности системы в целом. В микроструктуре возникают дефекты: трещины, разрывы и т.п.. Одновременно происходят и релаксационные процессы из-за наличия коагуляционных химических контактов снижает внутренние напряженное состояние.
Стадия укрепления структуры происходит в условиях одновременного влияния конструктивных и деструктивных факторов. Особенно острая борьба этих воздействий имеет место при повышении температуры среды, когда указанные процессы интенсифицируются. Дальнейшее развитие структуры бетона в основном состоит из постепенного уплотнения геля и увеличение объема кристаллической составляющей - происходит медленное и длительное повышение прочности.

Таким образом, процесс структурообразования цементного камня в бетоне можно условно разделить на два основных периода:

- Подготовительная стадия и стадия возникновения структурообразования бетона (коагуляционной структуры);
- Стадия возникновения и развития (прорастание) кристаллической го каркаса и стадия длительного повышения прочности структуры

Естественно, четких границ между периодами и стадиями не существует, их можно установить только по признакам, которые свидетельствуют о том, какие процессы в данный момент преобладают над другими. И все же для управления структурообразования нужно иметь информацию о его развитии в данный момент, чтобы решение о технологических управляющих действиях были научно обоснованы и оптимальны.

Категория: Твердение бетона