02.11.2008 14:13:50
Тема работы: поиск основных видовновообразований цемента в зависимости от минералогического состава клинкера иих потребности в зависимости от марки бетона.
Определение маркицемента имеет ряд недостатков: наличие большого количества факторов (размеробразца, влажность, возраст и др.), необходимость в специальном песке, наличиеспециальной аппаратуры и многое другое. На данном этапе развития технологии бетонаэто оправдано, но несовместимо с нанотехнологией. Конструирование бетона отатома к молекуле, от оксидов к минералам цементного клинкера, от минералов к новообразованиямизделия не потерпит вольностей и условностей. Только химия исходного цемента, егоколичество и качество определит химию конечного продукта, его долговечность ипрочность. И только при учете условий и режимов преобразования этих веществ напути от активных минералов к зрелым гидроминералам.
Основнаягруппа минералов цементного клинкера дает следующие гидроминералы (в скобках —количество в г на 1 кгцемента) [3, 4].
Алюмоферритнаяфаза:
| С3А(74,7) | ||||
| АН3 (2,3) | С2АН8 (9,1) | С3АН6 (19,4) | С4АН19 (97,2) | С3АСs3Н31 (145,1) |
| С4АF(128) | C4FH13 (162,7) |
| C3AH6 (99,7) |
Алюмоферритнаяфаза в заметном количестве поставляет: С4FН13 — 13,5 %; гидроалюминаты (С3АН6и С4АН19) — 18 %; эттрингит — 12,1 % от суммы всехновообразований цемента. При этом надо отметить, что в нашем случае количествоэттрингита тесно взаимосвязано с расходом СаSО4•2Н2О. Наполучение одной молекулы эттрингита расходуется 3 молекулы гипса и один оксид Аl2O3. От массы всех новообразований эта фаза составляет 43,6%.
Силикатнаяфаза:
| C2S (110,1) | CSH (43) | C3S (437,4) | C2SH2 (200) |
| Ca(OH)2 (23,9) | Ca(OH)2 (179) | ||
| C2SH (60,8) | C3S2H3 (164) |
Силикатнаяфаза поставляет две группы новообразований по содержанию молекул воды вмолекулах гидросиликатов:
—моногидросиликаты (СН, СSН и С2SН) в количестве 25,5 % от общей массы новообразований,
—полигидросиликаты (C2SH2 и C3S2H3) вколичестве 30,2 % от общей суммы новообразований. Их поставляет в основном С3S.
Втехнической литературе гидросиликаты кальция классифицируют по основности:одноосновные и многоосновные. Одноосновных новообразований 3,6 %, а многоосновных— 35,3 %. То есть первыми, казалось бы, можно пренебречь. И всё же это будет ошибкой— не только потому, что прочность их велика, но и потому, что во временимногоосновные гидросиликаты переходят в одноосновные, изменяя прочность бетона.При этом основную массу многоосновной фазы поставляет именно С3S — в 3,5 раза больше, чем С2S.
Такимобразом, к основным (ведущим) новообразованиям можно отнести:
1)моногидросиликаты кальция СSH и C2SH,
2)полигидросиликаты кальция C2SH2 и C3S2H3,
3)С4АН19,
4)C4FH13,
5)эттрингит С3АСs3H31,
6)портландит Ca(ОН)2.
ГидроминералС3АН6 — сопутствующий: на каждую молекулу С4FН13 приходится одна молекула С3АН6,а соотношение по массе С4АН19 : С3АН6= 1,4 : 1. Между исходным сырьем СаSO4•2H2O и новообразованием C3ACs3H31 имеетсятесная связь, так как двуводный гипс полностью реализуется. Его было 211·1021молекул [3], а эттрингита возникло 71·1021 молекул, то есть на однумолекулу новообразования идет три молекулы исходного сырья.
90 % основных новообразований (без учета 9,9 % С3АН6)представляют собой твердое тело (бетон). В то время как 95–97 % [1] минераловклинкера представляют собой весь дисперсный порошок — цемент. Все вместегидроминералы обеспечивают необходимую прочность бетона. Каждый из ниххарактеризуется определенной прочностью. По данным [2], экспериментальная прочностьсростков монокристаллов типа СSH составляет 69 МПа, эттрингита — до40 МПа. Многоосновные характеризуются еще меньшей прочностью. Еще почти в 2раза ниже прочность гидроалюмоферритов, и только около 3,5 МПа — портландита. Несмотряна крайне скудные данные в этой области, прослеживается необходимостьувеличения количества силикатных гидроминералов. Об этом свидетельствует ивысокая прочность бетона с добавками аморфного микрокремнезема. Последний,очевидно, способствует возникновению большего количества гидросиликатов кальция.Или у возникших гидросиликатов кальция рвут слабые связи О-Н (?Si-O-H), заменяя их более сильными Si-О (?Si-O-Si?), продолжая илипространственно развивая полимеризацию.
Надо признать недостаточное количество исследований по определениюфизико-механических характеристик именно индивидуальных новообразований. Аданных о количественном содержании того или иного гидроминерала в единицеобъема бетона вообще не существует. Когда в бетоноведение войдет нанотехнология,неизбежно появится необходимость этого знания, а прочность бетона придется оцениватьпо количеству тех или иных гидроминералов (по факту), а не по марке цемента.
Активность цемента должна быть связана с активностью минералов (степенью искоростью гидратации) и с количеством и качеством гидроминералов. Отбетоноведов нанотехнология потребует совершенно другого оборудования и методаоценки качества исходного сырья и продукции. И наработки в этом должны идти ужесейчас. Поэтому, как бы странно это ни звучало, но уйти от марки цемента можнос учетом зависимостей, приведенных в табл. 1.
| Вещества | Марка бетона | |||||
| 200 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | |
| Расход основных минералов | ||||||
| C2S | 27 | 37 | 42 | 46 | 52 | 64 |
| C3S | 107 | 147 | 166 | 184 | 207 | 253 |
| C3А | 18 | 25 | 28 | 31 | 36 | 43 |
| C4AF | 31 | 43 | 49 | 54 | 58 | 74 |
| CaSO4•2H2O | 15 | 20 | 23 | 25 | 29 | 35 |
| H2Oх.с. | 67 | 91 | 103 | 114 | 129 | 158 |
| Сумма | 265 | 363 | 411 | 454 | 511 | 627 |
| Приход основных новообразований | ||||||
| CSH+C2SH | 25 | 35 | 39 | 44 | 49 | 60 |
| C2SH2+C3S2H3 | 89 | 122 | 138 | 153 | 173 | 211 |
| C4AH19 | 24 | 33 | 37 | 41 | 46 | 56 |
| C4FH13 | 40 | 55 | 62 | 68 | 77 | 94 |
| C3FCs3H31 | 36 | 49 | 55 | 61 | 69 | 84 |
| Ca(OH)2 | 50 | 68 | 77 | 85 | 96 | 118 |
| Сумма | 264 | 362 | 408 | 452 | 510 | 623 |
Таблица 1. Количество минералов иновообразований ПЦП/А-Ш-500, обеспечивающих необходимую марку бетонанормального твердения, кг/м3
Точность расчетов превышает 99 %, что, во-первых, отвечает законусохранения масс, во-вторых, подтверждает правильность выбранных основныхновообразований гидратированного цемента, и в третьих, согласуется с методикой расчетакак минералов, так и гидроминералов цемента на 1 м3 бетона.
Литература:
1. Бутт Ю. М. Технология вяжущихвеществ. — М.: Высшая школа, 1965.
2. Кузнецова Т. В. и др.Физическая химия вяжущих материалов. — М.: Высшая школа, 1989.
3. Кучеренко А. А., Кучеренко Р.А. Зерно цемента — зеркало бетона // Вiсник ОДАБА.— Одесса: Зовнiшрекламсервiс, 2007. — № 27.
4. Кучеренко А. А.Об истокахкомпьютерного бетоноведения // Вiсник ОДАБА. — Одесса: Зовнiшрекламсервiс, 2007. — № 26.