Мар 102011
 

Кучеренко А.А., Кучеренко Р.А. (Одесская государственная академия строительства и архитектуры. г.Одесса.)

 

Поиск основных видов новообразований цемента в зависимости от минералогического состава клинкера и их потребности в зависимости от марки бетона.

Определение марки цемента имеет ряд недостатков: наличие большого количества условностей (размер образца, влажность, возраст и др.), необходимость в специальном песке, наличие специальной аппаратуры и многое другое. На данном этапе развития технологии бетона это оправдано. Однако несовместимо с нанотехнологией бетона. Конструирование бетона от атома к молекуле, от  оксидов к минералам цементного клинкера, от минералов к новообразованиям изделия не потерпит вольностей и условностей на этом пути. Только химия исходного цемента, количество и качество его определит химию конечного продукта, долговечность и прочность его. И только с учетом условий и режимов преобразования этих веществ на пути от активных минералов к зрелым гидроминералам.

Основная группа минералов цементного клинкера дает следующие [1] и в количестве [2] гидроминералы (в скобках — количество в г/кг цемента).

Алюмоферритная фаза:

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).

Алюмоферритная фаза в заметном количестве поставляет: С413 —  13,5%;  гидроалюминаты (С3АН6 и С4АН19) в количестве 18%;  эттрингит – 12,1% от суммы всех новообразований цемента. При этом надо отметить, что количество эттрингита тесно взаимосвязано, в нашем случае, с расходом СаSО4·2Н2О. На получение одной молекулы эттрингита расходуется 3 молекулы гипса и один оксид Аl2O3. От массы всех новобразований эта фаза составляет 43,6%.

 

 

Cиликатная фаза:

C2S (110,1)            CSH  (43)               C3S (437,4)         C2SH2 (200)

Ca(OH)2 (23,9).                                 Ca(OH)2(179)

C2SH (60,8)                                        C3S2H3 (164)

Cиликатная фаза поставляет две группы новообразований по содержанию молекул воды в молекулах гидросиликатов:

— моногидросиликаты (СН, СSН и С2SН) в количестве 25,5% от общей массы новообразований:

— полигидросиликаты (C2SH2 и C3S2H3) в количестве 30,2% от общей суммы новообразований. Их поставляет в основном С3S.

В технической литературе гидросиликаты кальция классифицируют по основности: одноосновные и многоосновные. Однако, одноосновных новообразований 3,6%, а многоосновных – 35,3%, т.е. первыми мы можем пренебречь. И все же это ошибочно не только потому, что прочность их велика, но и потому, что во времени многоосновные гидросиликаты переходят в одноосновные, изменяя прочность бетона. При этом основную массу многоосновной фазы поставляет именно С3S: в 3,5 раза больше, чем С2S.

Таким образом, к основным (ведущим) новообразованиям можно отнести:

1) моногидроcиликаты кальция – СSH и C2SH;

2) полигидросиликаты кальция,  —  C2SH2 и  C3S2H3;

3) С4АН19 ;

4) C4FH13

5) эттрингит — С3АСs3H31;

6) портландит – Са(ОН)2.

Гидроминерал С3АН6 сопутствующий: на каждую молекулу С413 приходится одна молекула С3АН6, а соотношение по массе С4АН19 : С3АН6 = 1,4 : 1. Между исходным сырьем СаSO4·2H2O и новообразованием C3ACs3H31 имеется тесная связь, так как двуводный гипс полностью реализуется. Его было 211·1021 шт молекул [2], а возникло эттрингита 71·1021 шт молекул, т.е. на одну молекулу новообразования идет три молекулы исходного сырья

90% основных новообразований  (без учета 9,9% С3АН6) представляют твердое тело (бетон). В то время как 95-97% [3] минералов клинкера представляют весь дисперсный порошок — цемент. Все вместе гидроминералы обеспечивают необходимую прочность бетона. Каждый из них характеризуется определенной прочностью. По данным [4] экспериментальная прочность сростков монокристаллов типа СSH составляет 69МПа, эттрингита до 40 МПа. Многоосновные характеризуются еще меньшей прочностью. Практически еще в 2 раза ниже прочность гидроалюмоферритов и только около 3,5МПа – портландита.  Несмотря на крайне скудные данные в этой области, прослеживается необходимость увеличения количества силикатных гидроминералов. Об этом свидетельствует и высокая прочность бетона с добавками аморфного микрокремнезема. Последний, очевидно,  способствует  возникновению большего количества гидросиликатов кальция или у возникших г.с.к. рвут слабые связи О-Н  (≡Si-O-H), заменяя их более сильными  Si-О  (≡Si-O-Si≡), продолжая или пространственно развивая полимеризацию. Надо признать крайне недостаточное количество исследований в части определения физико-механических характеристик именно индивидуальных новообразований. А данных о количественном содержании того или иного гидроминерала в единице объема бетона не существует. Когда бетоноведение «встретится» с нанотехнологией необходимость в знании этого неизбежна как и то, что кроме марки цемента прочность бетона придется оценивать по количеству тех или иных гидроминералов (по факту), а не по марке цемента (что сопровождается большим количеством условностей, вмонтировать которые в нанотехнологию бетоноведения практически невозможно).

 

Таблица 1. Количество минералов и новообразований ПЦП/А-Ш-500, обеспечивающих необходимую марку бетона нормального твердения

Вещества Количество веществ в  кг/м3 для бетона марок
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 расхода 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 прихода 264 362 408 452 510 623

 

 

 

Активность цемента должна быть связана с активностью минералов (степенью и скоростью гидратации) и с количеством и качеством гидроминералов. От бетоноведов нанотехнология потребует совершенно другого оборудования и метода оценки качества исходного сырья и продукции. И наработки в этом уже должны идти сейчас. Поэтому, как бы странно это не звучало (в перспективе это будет обычным делом), но уйти от марки цемента можно с учетом зависимостей, приведенных в табл. 1.

Точность расчетов превышает 99%, что вполне отвечает во-первых справедливости закона сохранения масс веществ,  во-вторых правильности выбранных основных новообразований гидратированного цемента и в третьих методике расчета как минералов так и гидроминералов цемента на 1 м3 бетона.

 

Выводы

Предложен один из элементов компьютерного бетоноведения, основанный на работе от исходных минералов цемента до конечных гидроминералов бетона. Выбраны основные новообразования цементного камня. Обращено внимания на возможность «конфликта» марки цемента с нанотехнологией бетона.

 

Литература

1.        Кучеренко А А.Об истоках компьютерного бетоноведения  Вiсник ОДАБА №26. Одесса, Зовнiшрекламсервiс.2007.

2.         Кучеренко А А, Кучеренко Р А. Зерно цемента –зеркало бетона. Там же, №27. 2007. Одесса

3.        Бутт Ю М. Технология вяжущих веществ. Высшая школа. М, 1965.

4.        Кузнецова Т В и др. Физическая  химия вяжущих материалов.М.:Высшая школа. 1989.

 Posted by at 19:01

 Leave a Reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

(required)

(required)

Включите изображения, чтобы увидеть вопрос *

Яндекс.Метрика