Механизм циклического вибрирования

Осуществление вибрации в переходный период от формирования к упрочнению структуры, по мнению некоторых авторов, способствует более полному разрушению экранирующих гидратных оболочек, обнажению химически неиспользованных внутренних клинкерных объемов и дополнительной гидратации цементных минералов. При этом рассеивающиеся в межзерновом пространстве высокодисперсные продукты разрушения служат кристаллозатравочными центрами, инициирующими становление кристаллогидратного сростка и отвердевание цементных систем [106,107]. Однако к подобным представлениям следует относиться с определенной долей осторожности на фоне «не совсем кристаллического строения» гидросиликатов [16]. Да и выполненные исследования не показали заметного отличия в количестве химически связанной воды в обычном и повторно уплотненном цементном камне [104].

Уточнение данного аспекта проведено на 28-суточных образцах из цементного теста с В/Ц = 0,27 (новороссийский портландцемент), изготовленных обычным методом (рис. 7.5, а), с трех- (рис. 7.5, б) и шестиразовой (рис. 7.5, в) циклической вибрацией. После определения прочности остатки образцов измельчали, подвергали помолу до удельной поверхности 2780—2900 см2/г и подвергали термовесовому, дифференциально-термическому, рентгенофазовому и другим видам анализа. Как видно (табл. 7.1), степень гидратации цемента в результате виброактивации не только не повышается, но даже несколько снижается. Отсюда можно сделать вывод, что оптимальное оперирование вибрационным воздействием приводит не к разрушению, а к дополнительному уплотнению гелевых оболочек.

Влияние циклического вибрирования на прочность цементного камня

Рис 7.5. Влияние циклического вибрирования на прочность цементного камня

Приложение вибрационных воздействий в моменты естественного стяжения цементных частиц способствует более качественному уплотнению системы. Из контактных зон клинкерных зерен силовым путем выдавливается часть адсорбционно-связанной воды, что находится в соответствии с представлениями [26], считавшими одной из основных причин повышения прочности при повторном вибрировании перераспределение воды и увеличение сил сцепления между частицами цемента, что косвенно и подтвердилось снижением количества химически связанной воды в виброактивированном микробетоне.

Таблица 7.7

Результаты анализа эталонного и виброактивированного цементного камня

п/п

Методы

определения,показатели

Цементный камень

эталонный

с 3-разовой вибрацией

с 6-разовой вибрацией

1

Термовесовой анализ. Общее количество воды, %, в том числе:

16,29—17,85

16,53—17,59

16,15—17,51

химически связанной, %

9,17—10,23

7,49—8,55

7,64—9,00

физически связанной, %

6,65—8,09

8,42—9,66

8,06—8,96

2

2 ДТА и ТГ:

общая потеря массы, %

18,1

17,6

17,9

потеря массы при 400—500 °С, %

1,8

1,2

1,4

3

РФ (степень гидратации, %): C3S (d = 3,03 А)

52,4

49,2

33,4

C3S (d = 2,74 А)

54,5

43,1

49,9

C2S (d = 2,77 A)

40,6

34,3

40,6

4

Количественный рентгеновский анализ (степень гидратации, %)

67,5

60,4

5

Прочность камня из вторично гидратированных цементов, МПа

13,2—15,4

15,6—18,4

16,6—18,8

Предполагалось, что цемент, полученный на основе циклически виброобработанного при первоначальном твердении цементного камня, вследствие сохранения в большей степени своих потенциальных свойств, по сравнению с цементом из контрольных образцов (см. табл. 7.1, п. 5), покажет при затворении водой и более интенсивный рост пластической прочности в структурообразующей стадии. Однако проведенные пластометрические опыты не выявили существенной разницы в количественной стороне процесса начального твердения гидратированных цементов — построенные по опытным данным пла- стограммы теста для всех цементов (рис. 7.6) в начальные сроки твердения практически налагаются друг на друга. Столь незначительное отличие в остаточной активности исследуемых цементов (от 2 % до 24 %) сложно обнаружить пластометрическим методом.

Вместе с тем примечательна следующая особенность. Как видно из пластограмм (см. рис. 7.6), характер твердения всех гидратированных цементов идентичен и аналогичен твердению исходного (негидра- тированного) портландцемента (см. рис. 3.1, а), а именно переломы 1бб

(переходные моменты) кривых во всех вяжущих системах наблюдаются в одно и то же время — через каждые 90 ± 10 мин с момента затво- рения. Этот отмечавшийся ранее (см. рис. 5.3) факт указывает на неизменность качественной стороны структурообразующего процесса в свежих, лежалых и гидратированных цементах.

Кинетика пластической прочности теста с В/Ц = 0,27 на основе гидратированных цементов (обозначения те же, что и на рис. 7.5)

Рис. 7.6. Кинетика пластической прочности теста с В/Ц = 0,27 на основе гидратированных цементов (обозначения те же, что и на рис. 7.5)

Согласованные с кинетикой твердения цементного камня вибрационные воздействия являются дополнительным силовым фактором, позволяющим регулировать структурообразующий процесс, создавать благоприятные условия более компактной упаковки самоорганизующихся клинкерных зерен за счет уплотнения их гелевых клеевых оболочек, что, в итоге, приводит к повышению прочности цементного камня (с учетом доверительных границ) от 18 % до 25 % (см. рис. 7.5). Это одна из причин повышения физико-механических свойств затвердевшего виброактивированного материала, причем в большей степени относящаяся к чисто цементному камню (без заполнителей). При использовании же растворных и бетонных смесей количество факторов, определяющих в той или иной мере дефектность структуры затвердевшего композита, увеличивается. Для обеспечения необходимых формовочных свойств в смеси вводят, как правило, значительно большее количество воды, чем это необходимо для нормального протекания гидратационного процесса, с вытекающими отсюда негативными последствиями (расслоением компонентов, образованием пор, пустот, капилляров и др.). Кроме того, в бетоне определяющую роль играют не столько индивидуальные свойства заполнителя и клеящего продукта — цементного камня (их прочность, плотность), сколько взаимная работа этих факторов, качество контактной зоны «поверхность заполнителя — цементный камень», которое, как отмечалось в параграфе 6.7, неизбежным и естественным образом ухудшается за счет кон- тракционных и усадочных явлений. Предполагается, что циклическое вибрирование будет способствовать не только оптимизации структуры микробетона, но и повышению качества адгезионного сцепления цементного камня с заполнителем. О реальности данного аспекта свидетельствует значительно более высокая эффективность циклической вибрации именно для бетонов (см. рис. 7.2, б), чем для чисто цементных композиций (см. рис. 7.5). Циклическое вибрирование существенно повышает качество контактной зоны, что фиксируется отсутствием оголенного заполнителя в сколе виброактивированного бетона (рис. 7.7), по сравнению с эталоном (см. рис. 6.19).

Общий вид строения и отдельные участки контактной зоны трехмесячного виброактивированного раствора (новороссийский ПЦ500, Ц:П = 1:2, В/Ц = 0,6)

Рис. 7.7. Общий вид строения и отдельные участки контактной зоны трехмесячного виброактивированного раствора (новороссийский ПЦ500, Ц:П = 1:2, В/Ц = 0,6)

Можно утверждать, что отмеченная удручающая картина имеет место и в зоне контакта цементного камня с арматурными элементами (закладными деталями). Усадочные явления при обычном производстве приводят к ослаблению сцепления цементного камня с арматурой, снижению несущей способности конструкций (тем более предварительно напряженных). Циклическая вибрация и здесь оказывает свое весомое позитивное действие (табл. 7.2).

Таким образом, эффективность циклической виброактивации выражается в улучшении всех важнейших свойств микробетона, бетона и железобетона (прочности, плотности, долговечности, надежности). Следовательно, ответ на поставленный в начале настоящего раздела вопрос о целесообразности широкого распространения виброактивации в отечественной строительной практике очевиден и не требует каких-либо дополнительных обоснований и доказательств — по природе своего отвердевания и формирования свойств цементные системы требуют обязательного применения в пластической стадии в моменты самоорганизации структуры дополнительного силового сопровождения (вибрирования, прессования, трамбования, штампования, силового проката).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >