Физическая сторона набора прочности бетона и других цементных растворов

Из статьи о химической природе твердения цемента видно, что данный процесс представляет собой совокупность реакций гидратации отельных компонентов клинкера. Описывая роль и последовательность взаимодействий веществ, эта теория не может объяснить столь высокую прочность бетона, кладочного раствора, штукатурки и других цементных составов. Зато причины можно понять из анализа физики этого явления.

Взгляд физика: что происходит при твердении бетона?

Бетон представляет собой композит из портландцемента, щебня, песка и воды. Первый не зря называют вяжущим, ведь именно его кристаллизация объясняет набор прочности смеси во времени. Щебню и песку отводится роль наполнителя, их задача состоит в равномерном распределении нагрузки по всему застывшему слою.

Физическое проявление протекания реакций в цементе поэтапно выглядит так:

• 5 минут. Зерна цемента начинают «обрастать» бесцветными игольчатыми кристаллами трехкальциевого алюмината (обозначение – С3А);
• 6 часов. Кристаллизация выражена настолько, что между частицами начинают формироваться связи. В результате закладывается основа общей кристаллической решетки.
• 9 часов. Продолжающийся рост числа пространственных связей обуславливает возникновение единой кристаллической структуры из гидроалюмината кальция (формула - 3CaO·Al2O3·6H2O). Попутно система начинает заполняться более мелкими кристаллами силикатов кальция.
• 24 часа. Запускается процесс вытеснения алюминатной фазы. Первично схватившийся бетонный слой (в это время обычно уже способен выдержать без деформаций вес взрослого) примерно наполовину состоит из силикатной массы.
• 28 суток. Полное замещение алюминатов силикатами. Вяжущее достигает проектной прочности.

Может ли скорость набора прочности бетона меняться?

Да, может. Ускорить или замедлить процесс могут посторонние вещества, а также отличные от нормальных значения показателей влажности и температуры. Существуют специальные добавки, позволяющие увеличить скорость первичного схватывания. Ускорители полного твердения пока не найдены.

Влиять на процесс можно и физическими методами. Так, в атмосфере насыщенного пара и высокой температуры (+80 градусов) цемент затвердеет быстрее в 2-2,5 раза. В условиях излишне сухого воздуха вода из смеси испаряется быстрее. Это немного ускоряет твердение, но падение поверхностной прочности и возникновение трещин неизбежны. При прохладе бетон схватывается заметно медленнее: схватывание затягивается на 5, а то и 7 суток.  При минусовых температурах реакции останавливаются совсем.

Просмотров: 2771

Дата: Вторник, 06 Марта 2018