Влияние концентрации вяжущих на их прочность и деформативность при твердении
Технические свойства затвердевших смесей вяжущих с водой, включая долговечность, определяют основные факторы:
физические и физико-химические свойства вяжущих и образующихся при их взаимодействии с водой гидратов при твердении;
концентрация вяжущего по массе в единице объема исходной смеси и наличие оптимального, конкретного для всякого вяжущего и условий твердения ее значения, превышение которого создает предпосылки к падению прочности-и даже саморазрушению системы в условиях свободного расширения;
микроструктура твердой фазы и пор в затвердевшем монолите, определяемая дисперсностью и конфигурацией частичек гидратных новообразований;
адгезионно-когезионные и иные физико-химические свойства частичек новообразований.
Чем больше абсолютный объем твердой фазы в единице объема затвердевшего монолита до указанного предельного его значения, чем интенсивнее проявляются адгезнонно-когезнонные свойства частичек, чем дисперснее последние и, следовательно, мельче поры, тем выше уровень показателен строительных свойств монолита, за исключением теплозащитных. Последние улучшаются с вспучеванием общей пористости и уменьшением размеров пор.
Оптимальная концентрация вяжущего в смеси с водой Коп определяется по формуле
По исследованиям [1], смесь вяжущего с водой, взятых в оптимальном соотношении или с пониженным количеством вяжущего, характеризуется нормальным ростом прочности, без аномалий. Смеси, содержащие повышенное количество вяжущего по сравнению с оптимальным, после начального нормального роста прочности в последующем обнаруживают ее снижение и увеличение объема, и тем больше, чем значительнее избыток вяжущего в ней по сравнению с оптимальным и чем меньше В/В. При большом избытке вяжущего создаются условия не только к падению прочности, но и к разрушению твердеющей смеси.
Эти явления объясняются давлением зародышей новообразований внутри сложившейся структуры при отсутствии необходимого свободного пространства для размещения новых частичек гидратов с промежутками между ними. Они могут возникать при дополнительном доступе в систему воды в виде жидкости или пара и взаимодействии ее с оставшимися в ней негидратированными частицами вяжущего.
Соответствующее оптимальной концентрации вяжущего в смеси с водой (по массе) отношение В/В всегда значительно больше требуемого стехиометрически по реакции его гидратации (приблизительно в 1,3. .1,5 раза).
Объем промежутков между частичками гидратов всех вяжущих является индивидуальным и зависит также от условии взаимодействия компонентов системы.
По нашим исследованиям, объем промежутков между частичками гидратов Кгпн по (1) и оптимальное В/В при гидратации различных вяжущих в нормальных условиях составляет:
портландцемент — 0,37 см3/см3 абсолютного объема гидратов и В/Ц 0,39;
бета-полуводный гипс — 0,2 см3/см3 абсолютного объема гидратов и В/Г — 0,24;
трехкальциевый алюминат, при образовании из него СзАНв — 0,8 см3/см3 и В/С3А —0,67;
эттрингит при образовании его из смеси гидроксида кальция, сульфата алюминия и воды—1 см3/см3 и В/В — 0,9 Таким образом, любое вяжущее вещество при оптимальной концентрации его в смеси с водой и при соответствующем В/В дающее твердеющую систему с обычными деформациями усадки, по мере увеличения его содержания и уменьшения В/В будет переходить сначала в безусадочные, а затем в класс расширяющихся и даже саморазрушающихся при свободном расширении при твердении, или напрягающих при гидратации в замкнутом объеме. Интенсивность и скорость развития соответствующих деформаций во времени должна зависеть от индивидуальных свойств вяжущих и условий твердения. При этом чем больше показатели неиспаряемой воды 11+ связываемой вяжущим при полной гидратации, и междучастичных объемов Уи, тем больше объемные деформации.
Степень заполнения свободного объема в смеси вяжущего с водой гидратнымн новообразованиями, зависящая от степени гидратации исходного вещества и количества молекул воды в молекулах гидратов, непосредственно отражается на прочности и других свойствах твердеющей системы. Это делает необходимым определение абсолютного объема твердой фазы КТ.Ф к тому или иному сроку твердения системы (без учета вовлеченного воздуха и ее расширения) по формуле
Вычитая из объема затвердевшей системы значение абсолютного объема твердой фазы, получаем объем пор.
Объемная концентрация [2] гидратных новообразований iN с допустимым приближением определяется по формуле
Среди современных аналитических зависимостей прочности твердеющих смесей вяжущих с водой нам не известны такие, в которых учитывался бы переход показателей физико-механических и других их свойств через максимум с последующим их ухудшением> несмотря на постоянное увеличение концентрации вяжущего в системе.