Строительство. Справочные пособия

Добавки в бетон

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

1.5.1. Трехкальциевый и двухкальциевый силикаты. Механизм гидратации индивидуальных составляющих цемента и самого цемента является предметом серьезных дискуссий и разногласий. В своей ранней теории Ле-Шателье представил гидратацию цемента через растворение безводных соединений, за которым следовало сцепление и осаждение кристаллов гидратированных соединений. Михаэлис считал, что когезия является результатом образования и последующего высушивания геля [19]. В последнее время получило развитие представление о топохимическом или твердофазовом механизме.

Несмотря на большое число работ в этой области, все еще остается неясным представление о механизме гидратации C3S — главной фазы цемента. Для его объяснения предлагается принять в расчет некоторые стадии, через которые проходит процесс гидратации. Можно отметить пять стадий на термокинетической кривой калориметрии в изотермических условиях (1.3). На первой стадии, как только C3S вступает в контакт с водой, наблюдается сначала скачок скорости тепловыделения, а затем ее падение в течение 15—20 мин. Эта стадия называется предындук-ционным периодом. На второй стадии скорость реакции очень низка. Это — индукционный период. Он может длиться в течение нескольких часов. В это время цементное тесто сохраняет свою пластичность и удо-боукладываемость. Предполагают, что первые две стадии, на которые удается воздействовать с помощью добавок, оказывают влияние на последующую гидратацию C3S.

На третьей стадии реакция протекает активно, с самоускорением, достигая максимальной скорости к концу этой стадии. Время, отвечающее началу схватывания, приблизительно совпадает с тем временем, когда скорость реакции начинает сильно возрастать, а время до конца схватывания — с временем завершения третьей стадии.

На четвертой стадии скорость тепловыделения C3S постепенно уменьшается. Продолжается гидратация C3S. На последней — пятой стадии образуется лишь небольшое количество продуктов гидратации C3S. Эта стадия контролируется процессом диффузии.

 Наибольшее внимание уделяют первым двум стадиям. На первой, как только C3S входит в контакт с водой, в раствор переходят кальций- и гидроксил - ионы. На второй стадии продолжается растворение C3S, и рН растет до 12,5. Здесь образуется небольшое количество силикатов. После того как будет достигнута определенная критическая концентрация кальций- и гидроксил-ионов, начинается быстрая гидратация C3S с образованием Са(ОН)2 и C-S-H (третья стадия).

Много публикаций посвящено объяснению механизма, вызывающего индукционный период   и   его   последующее   окончание.   В    основном    считают, что начальные продукты реакции образуются на поверхности C3S, что замедляет дальнейшую реакцию.  Возобновление реакции   вызывается   разрушением поверхностной пленки. Согласно [20], первоначально гидраты имеют    высокое        отношение C/S — около 3, затем оно снижается до 0,8—1,5 путем перехода    ионов    Са    в    раствор. Вторичные гидраты имеют свойства, позволяющие ионам проникать сквозь них, обеспечивая возможность прохождения быстрой реакции. Превращение первичных гидратов во вторичные происходит,  очевидно,  за  счет процессов их зародышеобразо-вания и роста кристаллов. Хотя эта теория согласуется со многими наблюдениями, имеются   и   другие   факты,   не   подтверждающие ее. Например, отношение C/S  продуктов  ниже, чем было указано, защитная пленка недостаточно протяженная, продукт реакции — хрупкая пленка, которая легко сходит с поверхности, и первоначальное растворение может быть или не быть конгруэнтным.

Конец индукционного периода объяснялся замедленным образованием зародышей СН. Обычно наблюдали быстрый рост кристаллов СН и переход ионов Са в раствор в конце индукционного периода. Это наводит на мысль, что осаждение СН связано с началом стадии ускорения. Если осаждение СН дает толчок реакции, то добавление Са-ионов должно ее ускорять, если не происходит отравления зародышей.

Как известно, добавление

извести замедляет реакцию. Об

разование C-S-H также не объ

ясняет периода ускорения. В

работе [21] отмечено, что дзета-

потенциал гидратирующегося

C3S положителен; -это может

свидетельствовать о возмож

ности хемосорбции ионов Са на

образующейся поверхности

C3S, а пленка является барьером между C3S и водой. Считают, что во время осаждения Са (ОН) 2 из раствора переходит Са2+ (что должно, в свою очередь, инициировать удаление Са2+ из барьера). В результате реакция гидратации ускоряется.

Другие авторы говорят о механизмах, основанных на задержке образования зародышей кристаллизации C-S-H для объяснения конца индукционного периода. Один из них предполагает, что стабилизирующее действие на C3S тонкой пленки воды заканчивается, когда высокая концентрация Са2+ в растворе вызывает осаждение зародышей C-S-H.

Согласно работе [22], продолжительность индукционного периода контролирует диффузия воды через зерна C3S. Дефекты увеличивают диффузию и, таким образом, вызывают кристаллизацию C-S-H; согласно [23], хемосорбция Н20 и растворение некоторого количества C3S проходят во время индукционного периода. Авторы отмечают, что конец индукционного периода связан с ростом зародышей C-S-H до критического размера.

Существуют другие представления, на первый взгляд независимые, но имеющие много общих черт [24], в которых делается попытка объяснить результаты проведенных наблюдений. Гидратация C2S протекает тем же путем, что и C3S, но значительно медленнее. Количество тепла, выделяемое C2S, много ниже, чем C3S. Кривая скорости тепловыделения не имеет таких явно выраженных пиков, как на 1.3. Ускорители повышают скорость реакции C2S — НгО. Взаимодействие с водой C2S изучено меньше, чем C3S.