Теоретические основы тво Фазовый состав свежеотформованного бетона
Свежеотформованный бетон – это материал, состоящий из жидкой, твёрдой и газообразной фаз. Пространство между твёрдыми компонентами бетона и газообразной фазой связано непрерывной системой оводнённых капилляров, радиус которых зависит от расхода воды и удельной поверхности цемента.
● Твёрдая фаза представлена крупным и мелким заполнителем и формирующейся структурой цементного камня. Структура цементного камня формируется в виде пористого тела, имеющего капилляры диаметром от 2 ● 10 -7 до 10 -2 см. На стадии формирования твёрдая фаза в цементном камне не стабильна, т.к. в период твердения идёт процесс гидратации зёрен цемента.
● Жидкая фаза представлена химически, физико-химически и физико-механически связанной влагой. Эта влага участвует в гидратации зёрен цемента, поэтому в процессе формирования цементного камня происходит перераспределение влаги по формам связи, т.е. количество химически и физико-химически связанной влаги возрастает, а физико-механически уменьшается.
● Газообразная фаза состоит из воздуха, вовлечённого при формовании; воздуха, выделившегося при деаэрации воды затворения за счёт вибрации при формовании; газа, выделившегося из составляющих бетона в результате химических реакций.
Физико-химические процессы, происходящие в бетоне при тво
Физические свойства бетона определяются строением капиллярно-пористой структуры цементного камня, образованной в процессе его твердения. Рассмотрим, какое воздействие оказывает повышенная температура, т.е. условия создаваемые при тепловлажностной обработке на формирование цементного камня и бетона в целом.
При твердении вяжущих веществ значительную роль играют плотность и вязкость жидкой фазы. Изменение относительной плотности и вязкости влияет на скорость растворения и диссоциацию на ионы минералов цемента и дальнейшее образование кристаллогидратов. С возрастанием температуры структура воды изменяется, т.к. происходит разрыв водородных связей. Плотность и вязкость воды уменьшаются, в результате чего увеличивается её растворяющая способность, приводящая к ускорению физико-химических процессов, превращающих цементное тесто в твёрдое тело.
При смачивании зёрен цемента водой начинают развиваться следующие физико-химические процессы, которые можно разделить на этапы:
1. Адсорбция воды зерном цемента.
2. Поверхностная гидратация.
3. Растворение.
4. Гидратация в растворе.
5. Образование центров кристаллизации.
6. Кристаллизация.
Растворение минералов цемента идёт с разрушением структуры вещества и сопровождается поглощением тепла (эндотермические процессы), а гидратация – выделением тепла (экзотермические процессы).
Рассмотрим этапы взаимодействия зёрен цемента с водой.
Этап 1. (протекает в 2 стадии) Стадия 1.
Частица цемента находится в воде затворения, которая начинает адсорбироваться на её поверхности.
Стадия 2.
Адсорбированная вода создаёт на частице поверхностное поле и становится структурированной, т.е. по своему строению приближается к твёрдому телу, в котором молекулы воды имеют определённую ориентацию, что изменяет её плотность до значения1,3…1,9 г/см3.
Этапы 2 и 3. (протекают параллельно в две стадии)
Стадия 1.
Переход вещества в раствор в виде ионов и даже молекул, которые затем диссоциируют на ионы.
Стадия 2.
На этой стадии происходит гидратация ионов, и образуются основы гидратных фаз, т.е. тех фаз, которые в дальнейшем способствуют образованию субмикрокристаллов.
Этап 4.
Жидкая фаза становится сильно пересыщенной новообразованиями – субмикрокристаллами. Содержание ионов (концентрация) распределяется неравномерно. Максимальная концентрация находится у поверхности зерна цемента в результате непосредственного присоединения воды к твёрдой фазе. При этом образуется «внутренний» продукт гидратации, а именно, внутренний гидросиликат (СSH),имеющий тонкую и плотную структуру.
Внешние продукты гидратации образуются через растворение вне зёрен цемента и состоят из небольшого количества внешнего гидросиликата, крупных кристаллов Са(ОН)2 и эттрингита 3CaO● AI2O3 ● 3CaSO4 ● 32H2O (гидросульфоалюминат кальция).
Этап 5. На этом этапе при повышенной температуре образование центров кристаллизации протекает в более короткие сроки. Происходит насыщение субмикрокристаллов адсорбированной водой и плотность всей системы меняется.
Этап 6. Субмикрокристаллы за счёт гравитационных сил и увеличения размеров соединяются и образуют пространственную структуру. Цементное тесто в бетоне теряет пластичность и приобретает свойства твёрдого тела. Повышение температуры среды до 80…100оС ускоряет реакции гидратации и кристаллизации в 8…10 раз.
Лекция 3