ГлавнаяПропаривание бетонов, приготовленных из пластичных смесей на портландцементах, как правило, наряду с процессами структурообразования в гидратированных соединениях цементного камня вызывает процессы деструкции.
Причинами деструкции цементного камня являются следующие факторы:
- расширение воздуха (пятого компонента бетона), находящегося в бетоне (воздух расширяется в 100 раз больше, чем цементный камень);
- различная величина объемного расширения у формирующегося цементного камня и заполнителей (песка, гравия, щебня), что приводит к снижению качества контакта между ними;
- испарение воды, отделяющейся от формирующегося цементного теста, что ухудшает контакт между цементным камнем и заполнителем, цементным камнем и арматурой;
- различие в плотности внутренней и внешней части пропариваемых изделий;
- вода, испаряющаяся из растворов (капиллярно-пористых физико-химических систем) в результате возникновения в них тепло- и массопереноса, связанного с применением неоптимальных режимов пропаривания (при испарении воды возникает неоднородность в структуре цементного камня и контактах с зернами заполнителей);
- изменение условий формирования кристаллов Ca(OH)2 из-за значительного ускорения гидролиза и гидратации алита и снижения растворимости гидрата окиси Ca (при повышении температуры создаются условия для образования перенасыщенных растворов и ускоренного формирования крупных кристаллов Ca(OH)2, что, в свою очередь, вызывает деструкцию в образующемся недостаточно прочном цементном камне.
При высоковольтной активации коронным разрядом имеют место глубокие превращения в объектах обработки и, как следствие, изменения в процессах гидратации от активации.
К числу таких превращений и их последствий при гидратации, как отмечалось ранее, можно отнести:
- деформацию связей кристаллической решетки под воздействием высоковольтного коронного разряда и, как следствие, ослабление и разрыв связи Ca-O-Si, приводящие к более интенсивному выщелачиванию Ca 2 в раствор;
- увеличение рН-изоэлектрического состояния поверхности обрабатываемого материала от воздействия высоковольтного коронного разряда;
- практическое отсутствие на ИК-спектрах продуктов гидратации обработанного коронным разрядом трехкальциевого силиката - полос, характерных для гидрооксида Ca, что свидетельствует о более полном усвоении CaO продуктами гидратации C3S;
- увеличение количества содержания низкоосновных гидросиликатов Ca, значительное возрастание эндотермического эффекта при 140-200 °С, уменьшение эффекта при 520 °C вдвое, что свидетельствует об уменьшении содержания Ca(OH)2.
Отмеченные превращения, предположительно, существенно скажутся на течении процессов структурообразования цементного камня на активированном вяжущем при TBO и, наиболее вероятно, в первую очередь на процессах деструкции, что приведет к росту прочности.
Прочностные свойства цементного камня оценены при различных режимах высоковольтной активации коронным разрядом портландцемента М400 при В/Ц = 0,5 в условиях TBO и последующем естественном твердении до 28 сут включительно. Параллельно и идентично твердели контрольные (необработанные) серии образцов как в условиях TBO и последующего естественного твердения, так и сразу только в естественных условиях до 28 сут.
На рис. 4.25 представлены результаты относительной прочности цементного камня (отношение прочности цементного камня после TBO к прочности цементного естественного твердения в 28 сут) при двух режимах, отличных по энергетическим и технологическим параметрам обработки высоковольтным коронным разрядом портландцемента в диапазоне времени непрерывной активации 5-40 мин. Там же приведен режим ТВО, который был постоянным.
Из зависимостей рис. 4.25 видно, что изменение прочности камня на активированном портландцементе при TBO зависит от режимов высоковольтной активации и в обоих случаях носит ярко выраженный нелинейный характер от времени непрерывной обработки.
Фактор времени непрерывной обработки высоковольтным коронным разрядом портландцемента неоднозначно сказывается на прочности камня по сравнению с контрольной серией после TBO с последующим его твердением в естественных условиях (рис. 4.26). Так, если относительная прочность (отношение прочности активированных образцов к прочности контрольных образцов после TBO в одни и те же сроки испытания) после TBO достигает максимального значения при времени непрерывной обработки, равном 40 мин (рис. 4.26, кривая 3), то с увеличением времени естественного твердения после TBO максимальные значения относительных прочностей наблюдаются в диапазоне меньших времен обработки высоковольтным коронным разрядом (рис. 4.26, кривые 2 и 1). При этом абсолютные значения относительных прочностей увеличиваются. Полученная закономерность, по всей видимости, объясняется уменьшением сроков реализации структурной наследственности активированного портландцемента высоковольтным коронным разрядом по сравнению с традиционным (необработанным) портландцементом.
Результаты по изменению кинетики набора прочности камня после TBO при различных временах высоковольтной активации и контрольной серии образцов, приготовленных на необработанном портландцементе, приведены на рис. 4.27.
Из рис. 4.27 видно, что набор прочности (отношение прочности после TBO и последующего естественного твердения к прочности сразу после ТВО) камня на активированном портландцементе в условиях TBO и последующего естественного твердения протекает более интенсивно во всем диапазоне твердения. Увеличение времени активации обеспечивает в условиях TBO больший прирост прочности (рис. 4.27, кривая 1). Полученные данные рис. 4.27 свидетельствуют о стимулирующем действии высоковольтной активации на процессы твердения активированных образцов в условиях ТВО, предположительно, в силу установленных и отмеченных выше факторов. В дополнение следует отметить, что установленным является наиболее качественное пропаривание бетонов при прочих сравниваемых условиях на тех цементах, где в новообразованиях содержится минимальное количество Ca(OH)2, а это, как отмечено выше, наблюдается при твердении портландцемента, активированного высоковольтным разрядом.
В настоящее время считается, что любой метод ускоренного твердения бетонов усложняет и удорожает их производство. В силу этих обстоятельств уже в течение ряда лет изыскиваются и разрабатываются методы (приемы) и способы приготовления цементов со значительно более эффективным течением процессов твердения.
Повышенная эффективность должна обеспечить за первые сутки твердения при нормальных внешних температурах такую же прочность, какая достигается при коротких режимах пропаривания.
Данное положение для бетонов из пластичных смесей выражается как
где R24x/н.тв - предел прочности при сжатии бетона, твердеющего в стандартных условиях 24 ч после формования образца; R24проп - то же через 28 сут твердения в стандартных условиях.
Проведенные экспериментальные исследования сравнительной оценки прочности образцов, приготовленных на необработанном портландцементе, и образцов, приготовленных на обработанном портландцементе высоковольтным коронным разрядом и подверженных TBO, в сравнении с эталоном (прочностью камня в 28-суточном твердении в естественных условиях) приведены на рис. 4.28.
Из приведенной зависимости относительной прочности (отношение прочности после TBO и 28-суточного твердения к прочности 28-суточного естественного твердения) видно, что в режимах высоковольтной активации коронным разрядом портландцемента представляется практически возможным достичь прочности образцов через 28 сут после пропаривания, равной прочности на сжатие эталонных (контрольных) серий образцов. При времени активации 40 мин прочность составляет 0,94 эталонной. В то же время прочность неактивированных (контрольных) образцов после TBO и 28-суточного твердения достигла всего лишь 0,57 от эталона.
Таким образом, выполненные исследования и их результаты являются обнадеживающими на пути использования TBO для ускорения твердения ИСК, приготовленных на активированном портландцементе высоковольтным коронным разрядом.