МЕХАНОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ ЦЕМЕНТОВ, ДОБАВОК И ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ К БЕТОНУ

Основные положения и область применения

Свойства бетона во многом определяются структурой цементного камня. Интенсивность взаимодействия составляющих последнего определяется особенностями строения поверхности цементных частиц и физико-химическими свойствами жидкой фазы. Наличие на поверхности частиц дефектов различного типа (сверхструктур, доменов, ступенек, выходов дислокаций, вакансий) приводит к возникновению активных поверхностных состояний, дополняемых ещё и адсорбированными атомами или молекулами.

Различают микродефекты: биографической природы, получаемые в результате обработки и формирования поверхности, и тепловой природы - вакансии и выброшенные на поверхность ионы или атомы. Хемосорбированные поверхностью частицы, также могут являться дефектами. С температурой количество точечных тепловых дефектов растет. Биографические же дефекты не зависят от температуры. При уменьшении размера кристалла степень дефектов поверхности растет экспоненциально. Поэтому для тонких фракций цемента высокая скорость гидратации определяется не только высокой удельной поверхностью, но и значительным содержанием дефектов на поверхности мелких частичек цемента.

При гидратации вяжущих важно учитывать особенность «структурирования» воды в граничных слоях на поверхности частиц, или, точнее, её аномалии в зависимости от толщины прослойки. При преобладании стеснённого состояния граничные слои приобретают новые (квазитвёрдые) структурномеханические свойства, объясняемые тенденцией к антипарал-лельному расположению диполей. Так, уже при толщине слоев менее 0,15 мкм резко возрастает вязкость в пленках воды и состояние её - аналогично среде, находящейся под давлением в десятки тысяч атмосфер, возникающим под влиянием поля поверхности твердого тела.

Явления на поверхности частиц, определяют не только активность реакций с водой, но и жесткость [вероятно, через двойной электрический слой (ДЭС)] первоначально образующейся системы. Последний также причастен к аномалиям в цементных смесях. Поэтому самая ранняя прочность материала прежде всего связана со структурно-механическими свойствами водных плёнок и их энергетическим состоянием на поверхности твердой фазы. Таким образом, начальное состояние твёрдой поверхности, физические изменения в жидкой фазе -явления, сказывающиеся на гидравлической активности и реологических характеристиках цементной смеси и на прочности цементного камня.

Учитывая вышеизложенное, в технологиях приготовления строительных смесей пристальное внимание технологов привлечено к активации цементов, заполнителей, даже добавок путём создания микродефектов биографической природы, т.е. дополнительными внешними механическими воздействиями непосредственно на поверхность твёрдых частиц или их воздействиями, но через посредство физических явлений от водных структурированных плёнок в жидких или пастообразных системах.

К таким воздействиям, в первую очередь, относятся сухой и мокрый домол цемента, виброактивация, виброперемешивание, а также турбулентная, гидравлическая, ультразвуковая, гидроакустическая, химическая, электрическая и магнитная обработки цементного теста, приводящие к повышению прочности и улучшению других физико-технических свойств бетонов и растворов или к снижению расхода цемента.

В последнее время для активации цементного теста и вообще интенсификации процессов гетерогенных сред с жидкой сплошной фазой наибольшее распространение получают ротор-но-пульсационные аппараты (РПА), выполненные в виде корпуса, где размещены ротор и статор в виде концентрически расположенных зубьев или цилиндров с отверстиями. При вращении ротора возникает эффективная турбулизация и пульсация потока жидкой среды с высокочастотным акустическим полем, способствующие быстрому диспергированию цементных частиц, а за счёт кавитации - образованию и «схлопыванию» пузырьков, приводя к получению устойчивых эмульсий и суспензий.

Растворы этих эмульсий из труднорастворимых в воде продуктов успешно применяют в качестве гидрофобных или гидрофобно-пластифицирующих добавок для бетона, а у активированных обычных пластификаторов и суперпластификаторов добиваются понижения замедляющего и повышения пластифицирующего эффектов.

Обработкой в РПА и ультразвуковых генераторах удаётся сократить расход добавок пластификаторов и суперпластификаторов на 0,05-0,3 % массы цемента, снизить расход воды на 5-10 % или цемента на 5-7 % и в целом повысить строительно-эксплуатационные свойства бетонов.

Активацию заполнителей бетона осуществляют предварительным смачиванием в растворах электролитов с целью улучшения сцепления их поверхности с цементным камнем или растворах органических веществ, используя поверхность зерен заполнителя в качестве носителя добавки в бетон, для обеспечения в бетонных смесях воздухововлечения или направленной пластификации с исключением замедляющего твердение эффекта при взаимодействии цемента и воды.

Использование активированных материалов для приготовления бетонной смеси позволяет сократить энерго- и трудозатраты при формовании изделий, снизить расход цемента, а также ускорить твердение и повысить долговечность бетона.

Основные термины и определения по активации составляющих бетонную смесь материалов содержатся в прил. 1.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >