Материал: 2031

функциональную связь между тонкостью помола цемента (гипса) и нормальной густотой цементного (гипсового) теста.

15.2.2. Возрастание водопотребности минерального вяжущего, которое сопровождает рост тонкости помола (удельной поверхности), означает увеличение количества свободной (химически не связанной) воды, которая расходуется на смачивание поверхности зерен вяжущего, на образование на зернах водяных пленок, толщина которых обеспечивает нормальную густоту цементного (гипсового) теста. Этому явлению сопутствует рост пористости цементного (гипсового) камня и, следовательно, снижение его прочности. Поэтому следует установить

функциональную связь между тонкостью помола вяжущего

водопотребностью вяжущего прочностью камня из данного вяжущего.

15.2.3. Прочность цементного (гипсового) камня зависит от следующих факторов:

а) количества гидратных новообразований, появившихся в камне при химическом взаимодействии вяжущего и воды затворения;

___________________________________________________________________________

*В этой главе использованы теоретические и экспериментальные разработки, выполненные профессором Г.И. Горчаковым.

б) пористости камня, образовавшейся на месте свободной (химически не связанной) воды при твердении камня.

15.2.4. Количество гидратных новообразований, по данным профессора Г.И. Горчакова, прямо пропорционально степени гидратации минерального вяжущего . Степень гидратации определяется содержанием в камне химически связанной воды, не испаряемой при высушивании камня, т.е.

где – текущее относительное содержание химически связанной воды в образце цементного (гипсового) камня, доля единицы массы цемента (гипса); maх – относительное содержание химически связанной воды в образце цементного (гипсового) камня при полной гидратации цемента (гипса), доля единицы массы цемента (гипса); Вхс – текущее количество химически связанной воды в образце цементного (гипсового) камня,

единицы массы; Вхсmaх – количество химически связанной воды в образце цементного (гипсового) камня при полной гидратации цемента (гипса),

единицы массы; МВ – количество минерального вяжущего в образце, единицы массы. Чем выше степень гидратации вяжущего, тем полнее реализуются его вяжущие (клеящиеся) свойства.

15.2.5. Количество связанной воды при полной гидратации вяжущегоmaх может колебаться от 0,25 до 0,30 от массы цемента. Еслиmaх 0,25, то 4 или 0,25 . Следовательно, если к 28суточному возрасту цемент связал 20 % воды (от массы цемента), то=4 0,20=0,80. Это значит, что в бетоне с расходом цемента 300 кг/м3 вступило в химическое взаимодействие с водой 300 0,80=240 кг, а 60 кг цемента (20 %) сохранилось в виде неиспользованного клинкерного фонда. Таким образом, при увеличении степени гидратации вяжущего растет объем новообразований, уменьшается пористость камня, улучшается качество пор, повышается прочность и долговечность бетона. Полное использование возможностей вяжущего эквивалентно его экономии.

15.2.6.Пористость искусственного камня из минерального вяжущего

Побщ слагается из гелевой Пг, капиллярной Пкап и воздушной Пвозд

пористости, т.е.

15.2.7. Объем отвердевшего камня Vи.к равен объему водовяжущего

теста Vввт, т.е. Vи.к=Vввт. Так как пористость выражают по отношению к объему искусственного камня Vи.к из данного вяжущего, абсолютный

объем этого камня вычисляют как сумму абсолютных объемов воды

где В, МВ – массовый расход соответственно воды затворения и минерального вяжущего на единицу объема искусственного камня, кг; в,м.в – истинные плотности соответственно воды и минерального вяжущего, кг/дм3.

Если принять в=1,0 кг/дм3 и пренебречь изменением плотности воды от температуры, то уравнение (15.5) приобретает вид

м.в

15.2.8.Продукты гидратации минерального вяжущего (цемента, гипса)

диспергируются в воде затворения и образуют коллоидную систему «гель», обладающую собственной пористостью Пг (рис. 15.1). Пористая структура геля оказывает влияние на механические свойства и пористость искусственного камня. Размеры пор геля могут быть от (3 – 7) 10-10м до 10-7м, и поэтому их можно отнести к микропорам. Вода, заполняющая

поры геля (сокращенно "вода геля"), образует на частицах дисперсной фазы геля адсорбционный полимолекулярный слой воды толщиной до 15 10-6 м. Вода геля замерзает при -78 оС и, следовательно, поры геля и вода в них не уменьшают морозостойкость искусственного камня. Кроме того, вода, адсорбированная в порах геля, уменьшает живое сечение малых гелиевых пор, поэтому водопроницаемость этого геля весьма мала.

Рис. 15.1. Схема структуры цементного геля: 1 – частица геля; 2 – пора между частицами геля; 3 – узкий канал между частицами геля; 4 – адсорбционный

полимолекулярный слой воды на частицах геля

15.2.9. Часть воды затворения, не уместившаяся в порах геля, располагается вне его и образует капиллярные поры, которые имеют большой эффективный диаметр (более 10-7м) и доступны для воды при обычных условиях насыщения. Большому объему капиллярных пор сопутствуют низкая морозостойкость бетона, его высокая водопроницаемость, пониженная прочность и коррозионная стойкость, слабая защищенность стальной арматуры в железобетоне. Пористость геля Пг прямо пропорциональна количеству гидратированного вяжущего ( МВ), и профессор Г.И. Горчаков предлагает следующее выражение гелевой пористости Пг:

откуда, с учетом (15.6):

где к – коэффициент пропорциональности, по данным физико-химических исследований к=0,29; – степень гидратации минерального вяжущего (см. п. 15.1); Vп.г – объем гелевых пор в объеме искусственного камня Vи.к, единицы объема.

15.2.10. Капиллярную пористость Пкап искусственного цементного или гипсового камня определяют по отношению к его объему Vи.к (см. уравнение (15.6)) с учетом того, что в вяжущем геле (см. выше п.15.2.8), по данным Г.И.Горчакова, химически и адсорбционно связываются примерно равные количества воды затворения (по 25 % от массы цемента). Остальная несвязанная (свободная) вода затворения образует капиллярные

15.2.11. Анализ уравнения (15.17) показывает, что м0 .в при (В/МВ – 0,5 ) = 0, т.е. когда В/МВ = 0,5 и =1,0, что возможно лишь при весьма длительном твердении минерального вяжущего в благоприятных условиях. Обычно ко времени ввода сооружения в эксплуатацию степень гидратации не превышает 0,6 – 0,8 (среднее 0,7), при этом минимальная капиллярная пористость достигается при В/МВ = 0,3 – 0,4 (среднее 0,35).

15.2.12. Общая пористость плотно уплотненного искусственного камня (когда Пвозд= 0) будет равна сумме гелевой Пг и капиллярной Пкап пористости, т.е. с учетом (14.8) и (14.17)

15.2.13. Прочность искусственного камня, например цементного или гипсового, приготовленного из данного минерального вяжущего и твердевшего в определенных условиях, зависит от собственной прочности гидратных новообразований, образующих камень, и от его пористости. По данным проф. Г.И. Горчакова, прочность и пористость этого камня связаны экспоненциальной зависимостью вида:

е=2,71828; k – коэффициент пропорциональности; Rи.к – прочность искусственного камня, МПа.

Логарифмируя уравнение (15.20), получим

Снова логарифмируя обе части уравнения (15.23), получим уравнение в форме, удобной для практического использования: