Управление процессами структурообразования модифицированных цементных бетонов (29.03.2010)

Автор: Сахибгареев Ринат Рашидович

2,3-3,0

350-280

150-100

2,3-2,8

300-230

2,7-3,1

200-180

2,2-3,6

1,4-2,3

1,3-1,2

o ? ? - данные Р.Ф.Фельдмана и Д.Д.Бодуэна, Г.И.Вербека и Р.Х.Хельмута,

М.Юденфройнда, Г.Вишерса соответственно по твердению в нормальных условиях;

? – данные Р.Ф.Фельдмана и Д.Д.Бодуэна по термовлажностной обработке;

– данные Д.М.Рой и Г.Р.Гоуды по горячемупрессованию

Рисунок 10 – Взаимосвязь прочности цементного камня на сжатие с его капиллярной (1) и общей (2,3) пористостью

Рисунок 11 - Применение модели и результатов расчета В.И.Блоха для определения распределения напряжений в окрестностях жесткого ядра-включения в случае равномерного растяжения или сжатия тела с малым жестким шаровым включением

К фактору, ослабляющему структуру и снижающему прочность, добавляется и накладывается негативное влияние жестких неоднородных включений в цементной матрице с максимальной величиной концентрации напряжений до 2,0 в зависимости от плотности их размещения (рис. 11).

Наличие таких жестких включений, например, в виде недогидратированных зерен вяжущего, наполнителей, кристалл-литов, а также их сростков наиболее вероятно в межкапиллярном пространстве на уровне макрокапиллярной пористости, что также определяет ее доминирующее влияние на возможность ослабления структуры цементной матрицы.

Одним из перспективных направлений предложенного подхода является возможность оценки и регулирования уровня напряженно-деформированного состояния цементных композитов и бетонов на их основе в процессе нагружения и/или эксплуатации в зависимости от организации поровой структуры. Такое решение возможно путем введения наполнителей на разном уровне структуры с различной формой, жесткостью и размерами, в том числе маложестких включений (демпферов по П.Г.Комохову) или наполнителей-индикаторов, например, в виде полых или наполненных сферолитов с определенной жесткостью, в количестве и требуемых размеров, необходимых для регулирования и получения оптимальной относительной локальной пористости, в зависимости от задачи по управлению структурой или определению уровня напряженно-деформированного состояния цементных композитов и бетонов на их основе (рис. 6, 7).

Введение в цементные композиты гранул – сферолитов с определенными размерами и содержанием (наполнением) в требуемом количестве и объеме может обеспечить возможности самозалечивания дефектов и нивелирования деструктивных процессов на соответствующем уровне: микро-, мезо- и макроструктурах.

С использованием разработанного подхода по оценке вклада составляющих структуры цементного композита расширяются возможности управления структурой цементного камня и бетонов на его основе для получения заданных, требуемых прочностных и эксплуатационных свойств.

Сохранение достигнутого уровня прочностных и эксплуатационных характеристик цементных композитов и бетонов на их основе во времени.

Набор и поддержание достигнутого уровня прочности обеспечивается формированием и развитием такой структуры цементного камня, когда позитивное структурообразование нейтрализует деструктивные процессы и превалирует над ними. Наличие процессов деструкции в процессе твердения цементных композитов, их значение признается многими исследователями, но не имеется единого объяснения механизма деструкции и ее роли в формировании и развитии структуры.

По известному определению, деструкция – нарушение или разрушение нормальной структуры материала под действием температур, кислорода, влаги, углекислого газа, внутренних напряжений. В результате деструкции изменяются технологические свойства материала и он становится непригодным для практического применения. Существующие основные теории и объяснения процессов деструкции цементного камня основываются на физической, механической, химической природе происходящих процессов или их сочетании: теория структурной недолговечности (П.А.Ребиндер с сотр.); механизм деформации бетона, как материала со свойствами неравномерного поля внутренних напряжений и дискретностью (А.А. Гвоздев); снижение прочности водонасыщенного бетона вследствие облегчения микротрещинообразования при адсорбции твердым телом полярной жидкости

(Г.П. Вербецкий); теория дислокаций; различная сила капиллярного подсоса и обжатия при водонасыщении и насыщении полярной жидкостью (З.Н. Цилосани,

А.М. Подвальный); необходимость ограничения пористости структуры цементного камня в условиях водонапорной эксплуатации (И.Н. Ахвердов); теория структурно-механической неоднородности и внутриструктурных напряжений разнообразной природы (В.В. Бабков); теория внутрипорового давления (А.В. Волженский, и др.); расчет кристаллизационного давления и давления срастания (В.Я. Хаимов-Мальков, А.Ф. Полак, В.В. Бабков и др.); оценка возможности прорастания и роста кристаллогидратов в зависимости от размера пор и степени пересыщения жидкой фазы (А.Е. Шейкин, Ю.В. Чеховский, М.И. Бруссер); использование низких водоцементных отношений (А.В. Волженский с сотр.); теория неполноценности по долговечности

цементных систем с высокой дисперсностью, низким В/Ц (В.В. Бабков, А.Ф. Полак, П.Г. Комохов); возможность снижения прочности модифицированных бетонов

(В.Г. Батраков); твердение и деструкция гипсоцементных материалов (Ф.Ф. Алкснис); теория нестабильности гидроалюминатных и гидросуль фоалюминатных фаз

(Г.И. Овчаренко с сотр.); значение и исследование пути образования благоприятного по морфологии термодинамически устойчивого соединения; образование альфа-гидрата С2S с низкими структурообразующими свойствами (В.С. Данюшевский); теория адаптационной эволюции цементного камня (В.Л. Чернявский); теория саморазрушения бетона (Г.Н. Пшеничный); растрескивание гидратной оболочки в результате послойно накапливающихся новообразований (Ю.С. Малинин с сотр.); отрицательное влияние повышенной температуры (А.А. Стригоцкий, Е.К. Мачинский); объемная контракция, увеличение пористости и развитие вакуума цементного камня после образования структуры (Б.Г. Скрамтаев с сотр); слишком тонкий помол цементов, неправильная термообработка бетонных изделий, несоответствующее применение добавок к бетону (И. Штарк, Б. Вихт); термодинамическая нестабильность минералов цементного камня (О.П. Мчедлов-Петросян, В.И. Бабушкин); потери после искусственной сушки на открытом воздухе (Н.А. Мощанский); деградация прочности – бетоны на известково-пуццолановых цементах (В.Н. Юнг); характерное замедление и прекращение роста прочности после температурной обработки (С.А. Миронов) и др.

Путем обобщения известных представлений и с использованием собственных результатов выделены факторы обуславливающие деструкцию цементного камня и цементных бетонов, эксплуатирующихся в условиях неагрессивных сред (табл. 5):

Таблица 5

Факторы обуславливающие деструкцию цементного камня и цементных бетонов, эксплуатирующихся в условиях неагрессивных сред

1 высокое В/Ц;

2 внешние воздушно-влажностные и температурные условия эксплуатации, стимулирующие развитие усадочных напряжений и локальных повреждений структуры, препятствующие проявлению процессов самозалечивания;

3 дисперсность вяжущего, высокое относительное содержание тонкой фракции (до 20 мкм), недостаточное количество средней фракции (30/60 мкм), избыточное количество крупной фракции (более 80 мкм);

4 Минералогический состав цемента, недостаточное колличество клинкерной фазы ? - С2S, ответственной за прочность цементного камня в условиях длительного твердения;

5 структура порового пространства цементного камня с малым количеством фазообразующих (заполненных поровой жидкостью) пор диаметром до 200 нм и сравнительно высокое содержание макрокапиллярных пор;

6 недостаточный потенциал самозалечивания;

7 достижение стадии развития структуры ЦК с высоким уровнем степени гидратации ((>0,8/0,9)

Возможность и способность системы к самозалечиванию. Для поддержания достигнутого уровня прочности цементного камня, со сформировавшейся и продолжающей развиваться структурой, важнейшим фактором обеспечения стабильности свойств является возможность и способность цементной системы к самозалечиванию.


загрузка...