ИнтерСтройЭкспо 2016
04.05.2016
С 20 по 22 апреля 2016 года в Санкт-Петербурге, в КВЦ «ЭКСПОФОРУМ» состоялась 22-я Международная выставка «ИнтерСтройЭкспо», крупнейшая на Северо-Западе России международная выставка строительных, отделочных материалов и строительной техники.
Евроасфальт и Евробитум 2016
29.04.2016
Конгресс, который состоится с 1 по 3 июня в Праге, станет важной вехой в развитии асфальтовой и битумной промышленности Европы. Предоставив возможность ведущим специалистам отрасли подвести итоги проделанной работы и наметить планы на будущее, он послужит полноценной стратегической платформой для ее дальнейшего развития.
 

ТЕРМОПЛАСТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ДИАГНОСТИКИ ЦЕМЕНТА И ХИМИЧЕСКИХ ДОБАВОК/Бетон и Железобетон 2013-2/

Пшеничный Г. Н.
Одним из основных свойств цементов является интенсивность структурообразования, оцениваемая «сроками схватывания» по общеизвестной стандартизированной методике (ГОСТ 310.3-76), основанной на изобретении великого Луи Жозефа Вика. На протяжении почти двухвекового существования одноименный прибор автора непрерывно совершенствовался; неизменным оставался принцип работы, заключающийся в периодическом погружении в отвердевающий цементный состав иглы и фиксации времени достижения конкретной структурной прочности, условно наделяемой такими характеристиками, как «начало» и «конец» структурообразующего процесса. Подкупает простота прибора и методики проведения испытаний, оперативность получения показателей, возможность оценки качества вяжущих способностей различных цементов. Однако то, что было прогрессивным и безусловным прорывом в начале девятнадцатого столетия, вряд ли можно признать таковым в начале двадцать первого. 
 
Основной дискредитирующей повсеместно используемый метод диагностики цементов причиной явилось банальное несоблюдение требований Л.Ж. Вика и отечественного стандарта — проведение работ исключительно на цементном тесте строго определенной (нормальной) консистенции. «Унификация» же метода, его использование для других составов, разнообразных добавок и воздействий привели к неудобоваримой и двусмысленной ситуации. Как, например, сочетаются такие аспекты, как общеизвестное влияние на сроки схватывания портландцемента водоцементного фактора (заполнителя) и не менее известная — независимость этого фактора на время наступления характерных переломных точек кинетических кривых ряда сопровождающих твердение свойств? 
 
Любое воздействие на процесс следует оценивать с количественной и качественной сторон, влияния тех или иных факторов и воздействий на конкретные свойства 
(прочность, плотность и т.п.) материала и время достижения этапных моментов (характерных переломных точек кинетических кривых изучаемых свойств), свидетельствующих о качественно новом этапе твердения. Бесспорно, второй аспект имеет несравненно более важное значение с точки зрения как оценки особенностей структурообразования, так и возможности осуществления (или прекращения) тех или иных воздействий для управления процессом и свойствами композита. Мы же имеем на данный момент откровенное, преднамеренное и необоснованное смешение отмеченных аспектов, конкретным структурно-прочностным параметрам вяжущей системы присваиваем качественные (начало, конец) признаки. Этот симбиоз реальных и условных факторов неизбежно приведет к ошибочным выводам, присвоению отдельным технологическим приемам и режимам несвойственных и чуждых для них функций, что может иметь серьезные научно-практические последствия. 
 
Необходимо принципиально уточнить сущность термина «схватывание», что к нему следует относить и что не должно ассоциироваться с этим понятием. Прогрессирующее загустевание цементной системы может вызываться как химическим связыванием молекул воды исходными цементными минералами, так и многими иными, 
не имеющими отношения к химизму процесса явлениями (поглощением воды пористым заполнителем, обезвоживанием состава, переводом воды в иное физическое состояние и др.). Можно ли между всеми этими явлениями поставить «знак равенства» и относить к «схватыванию» любое загустевание, вне зависимости от его природы и сущности? Наверное, можно, поскольку данный подход повсеместен, однако, вряд 
ли его можно признать корректным и квалифицированным. К «схватыванию» следует относить внезапно наступившее и лавинообразное упрочнение вяжущего состава, связанное исключительно с химическими преобразованиями. Отсюда несложно 
видеть неразборчивость традиционного подхода к природе загустевания, соответственно, ущербность получаемых сроков и их сомнительную научную и практическую ценность. 
 
Наконец, разве исследователи не сталкивались с определенной «аномалией» — неоднократным повторением «начал» и «концов схватывания». И какой же из них 
в таком случае принимать на веру? Дело не совсем в дефектных точках погружения иглы, а в скачкообразности (волнообразности) отвердевания, т.е. в приобретении определенной структурной прочности на протяжении достаточно продолжительного, исчисляемого десятками минут временного интервала. 
Отвердевание цементных систем сопровождается рядом своеобразно изменяющихся свойств (механических, термохимических, реологических, электрофизических, акустических и др.), кинетические кривые которых имеют характерные переломные точки. Именно время достижения этих точек (при конкретном температурном режиме твердения) должно служить оценочным параметром контроля вяжущих способностей портландцемента, его разновидностей, химических добавок и различных внешних воздействий. Для диагностических целей могут применяться электрофизические [13], акустические [4], экзотермические [5] и многие другие свойства. Единственное и непременное условие: все эти свойства должны непосредственно отражать динамику физико-химической сущности гидратационного и структурообразующего процесса. Особое место занимает пластометрический метод, основанный на периодическом погружении в твердеющее цементное тесто (растворную смесь) конуса на строго определенную глубину, фиксации прилагаемой нагрузки, построении и анализе тической кривой пластической прочности (пластограммы). Данный метод методически мало отличается от традиционного подхода, однако позволяет получать несравненно более объективные и весьма информативные данные, что и явилось основой, бесспорно, рационального и незаслуженно проигнорированного предложения о замене иглы Вика коническим пластометром [6]. 
В то же время, следует заметить, что получаемая коническим пластометром величина структурной прочности — усредненный показатель ряда имеющих обратный вектор действия свойств. Динамизм (неоднократное увеличение и снижение) поверхностного заряда цементных зерен, выброс в жидкую среду извести, наличие и действие на воду посторонних и специально вводимых в виде добавок зарядов, адсорбционное связывание воды, ее стадийное потребление клинкерными минералами, стяжение (самоорганизация) системы и др., приводят к сложнопрогнозируемым прочностным результатам в момент погружения в исследуемую навеску конуса. Как следствие, не всегда регистрируется (или не явно проявляется) ступенчатость (стадийность) процесса. 
Этот пробел легко устраняется использованием дополнительного свойства, например, термокинетического [7]. Термопластометрический метод диагностики (рис. 1) реализуется путем периодического (с интервалом не более 10 мин с момента затворения цемента водой) замера величины структурной прочности пластометром пружинным [8] с одновременным замером температуры твердения термопарой в комплекте с регистрирующим прибором (например, ТЦЗ-МГ 4.01, выпускаемый СКБ «Стройприбор» г. Челябинска). При этом термопары могут погружаться в обычный и (или) теплоизолированный состав (в любом из этих вариантов будет зафиксировано время химического процесса, соответственно, экзотермического эффекта). Для захвата и изучения более широкого временного интервала твердения и дублирования данных следует использовать цементное тесто с несколькими значениями В/Ц. Разумеется, используемый пластометр — не эталон для подражания, целесообразно его доведение до уровня представленных на рис. 1 приборов.
Интенсивность гидратационного процесса может быть оценена по времени наступления характерных переломов пластограмм и температурных кривых. Начальная экзотермия (обведено на рис. 2) — мера свободной извести (по В. Эйтелю), повышенные значения которой указывают на степень свежести цемента. Начало основного тепловыделения (в районе 90±10 минут) с одновременным резким увеличением структурной прочности свидетельствует о взаимодействии минералов цемента с водой, выбросе в жидкую среду ионов кальция, развитии в межзерновых пустотах вакуума и самоорганизации (стяжении) клинкерных частиц. Как видно, нанесенные на пластограммы «сроки схватывания» довольно скудно и ограниченно отражают реальный структурообразующий процесс.
На рис. 3 приведен пример термопластометрической диагностики некоторых появившихся в последние годы на отечественном строительном рынке цементов (полученные результаты относятся исключительно к представленным для анализа пробам). 
Анализируя полученные кинетические кривые, отметим: 
1) для диагностических целей важна продолжительность первого индукционного периода — интервала времени с момента затворения цемента водой до начала основного тепловыделения, который составил 80…90 мин для новороссийского и турецкого цементов, около 170 мин — ливанского и сложно фиксируемый — для итальянского вяжущего; 
 
2) окончанию индукционного периода соответствуют более или менее ярко выраженные всплески пластограмм цементного теста. Нередко резкому повышению структурной прочности предшествуют ее спады, что связано с электростатическим эффектом пластификации системы; 
 
3) первые три цемента характеризуются отчетливой стадийностью процесса, составляющей полуторачасовой интервал для новороссийского и турецкого вяжущих, около 170 мин — для ливанского. Итальянский цемент отличается вяло-стабильным увеличением структурной прочности;  
4) при прочих равных условиях интенсивность твердения новороссийского и турецкого цементов, практически, вдвое превышает ливанское вяжущее. Можно говорить о резко отличном химико-минералогическом составе последнего или наличии химических добавок, тормозящих гидратационный процесс;  
5) отчетливо выраженная стадийность структурообразующего процесса свидетельствует о высоком качестве вяжущего (прочностные показатели первых трех цементов вполне соответствуют их классам). Итальянский же цемент характеризуется пониженной марочной прочностью (не превышающей 5…6 МПа), дающей основание предположить наличие в его составе повышенного количества минеральной добавки. 
Введение добавки хлористого кальция (рис. 4) практически вдвое сокращает продолжительность индукционных стадий, по сравнению с бездобавочным составом (рис. 3, А), обеспечивая 50±5-минутную стадийность структурообразования. Т.е. это — бесспорный ускоритель твердения цементных бетонов, с успехом применявшийся еще на заре развития сборного железобетона [9, 10]. Столь высокая эффективность хлорида кальция вызывает некоторое недоумение по поводу существующего на него запрета, поскольку еще в ранних работах [9] экспериментально показана безвредность умеренных (до 6%) доз добавки для арматурных элементов. 
 
Совершенно иная картина при введении поташа (рис. 5). Введение даже незначительного количества добавки (0,2 %) вызывает лавинообразный рост пластической прочности теста. Снижение В/Ц и увеличение содержания добавки приводят к, практически, мгновенному приобретению предельной для пластометра прочности. Температурная же кривая имеет горизонтальный вид (даже с тенденцией снижения температуры через 120…130 мин), что свидетельствует об отсутствии химического взаимодействия цементных минералов с водой. Поташ оказывает структурирующее действие на молекулы воды, способствует формированию молекулярных комплексов типа К+(Н2О)n. Своеобразная «кристаллизация» диполей подтверждается расширением цементной системы, причем, особенно ярко это явление обнаруживается в составах с низким В/Ц и повышенным содержанием добавки. Следовательно, считать эту добавку ускорителем схватывания нет никаких оснований. Поташ — достаточно яркий замедлитель, продукт, в значительной степени тормозящий гидратационные процессы. Начальный индукционный интервал составляет 180…230 минут (в зависимости от В/Ц и количества добавки), что более чем вдвое замедляет отвердевание, по сравнению с бездобавочным составом. 
Аналогичным образом проводят диагностику различных цементов, модификаторов, технологических воздействий. Основной принцип — выявление продолжительности начального индукционного периода (и.п.) в эталонном материале (рис. 6, А) и его сопоставление с таковым в изучаемом вяжущем объекте (Б, В). При этом ускорение или замедление структурообразования достаточно просто оценивается не только с качественных, но и количественных позиций. 
Выводы: 
1. Традиционный метод диагностики интенсивности твердения может использоваться на «чистом» (бездобавочном) цементном составе исключительно стандартной консистенции. Использование иглы Вика для выявления действия различных 
технологических факторов на структурообразование цементного материала недопустимо, ввиду неизбежного получения ошибочных результатов. Учитывая такую 
ограниченность, вызывает сомнение целесообразность дальнейшего использования данного метода испытаний. 
2. Для диагностических целей портландцементов, его разновидностей, различных технологических факторов и воздействий следует использовать свойства (реологические, термохимические, электрофизические, акустические), непосредственно отражающие структурообразующий процесс. Время достижения характерных переломных точек кинетических кривых этих свойств может служить оценочными параметрами изменения интенсивности процесса твердения. 
3. Учитывая сложившуюся традицию проведения испытаний путем периодического 
погружения в твердеющий материал рабочего элемента, можно считать уместнойзамену иглы Вика коническим пластометром. Для дублирования и повышения достоверности результатов целесообразно совместно с пластометрией использование термокинетического метода. Расширение временного интервала испытаний достигается испытанием цементных навесок с несколькими значениями водосодержания, удобными для проведения работ. 
4. Существующий ГОСТ 310.3-76 и ему сопутствующие нормативы (в частности, ГОСТ 24211-91. Добавки для бетонов. Общие технические требования) должны быть уточнены в части методологического подхода и более корректной квалификации химических добавок. Такие добавки-электролиты, как поташ, хлориды натрия, калия (и подобные по механизму действия) должны быть отнесены к добавкам, к примеру, загустителям, но никак не к ускорителям схватывания цемента и твердения бетона. 
5. Термопластометрическая установка защищена патентом РФ на полезную модель (№ 128331, опубл. 20.05.2013, бюл. № 14), практическое использование которой 
позволит объективно оценивать вяжущие свойства как обычных, так и модифицированных цементных составов. Автор с благодарностью примет любые предложения по совершенствованию и тиражированию установки и метода на предприятиях строительной индустрии. 
Литература 

1. Ахвердов И.Н., Маргулис Л.Н. Неразрушающий контроль качества бетона по электропроводности. — Минск: Наука и техника,1975. — С. 66-126. 

2. Мчедлов-Петросян О.П., Гаевой Ю.А., Качура Б.А. Бестепловая вибротехнология сборного железобетона // Тр. Рижского политехнического института: Технологическая механика бетона. — 1987. — С. 168-173. 

3. Заявка: 2002114880/03, 05.06.2002. Способ контроля и управления сроками схватывания, стадиями и процессами структурообразования растворных и бетонных смесей / А.Д. Булат, А.М. Царев (РФ). — 6 с.: ил. 

4. Акустические методы контроля в технологии строительных материалов / В.В. Дзенис, В.Г. Васильев, И.Э. Зоммер и др. — Л.: Стройиздат, 1978. — 152 с. 
5. Патент на полезную модель №102255. Устройство для определения температуры твердения вяжущего вещества / Селяев В.П., Куприяшкина Л.И., Нугаева Г.Р. и др. — 3 с.: ил. 
6. Калмыкова Е.Е., Михайлов Н.В. Исследование процессов структурообразования в цементном тесте и характеристика цементов взамен оценки их по срокам схватывания // Бетон и железобетон. — 1957. - № 4. — С. 118-126. 
7. Ушеров-Маршак А.В. Термокинетика как направление физико-химического анализа в бетоноведении // Технологии бетонов. — 2010. - №11-12. — С. 64-66. 
8. Пшеничный Г.Н. Пластометр пружинный // Бетон и железобетон. — 1985. — № 4. — С. 26. 
9. Москвин В.М. Ускорение твердения бетона введением специальных добавок // Технология бетона: Сборник научноисследовательских работ. — М.-Л.: Госстройиздат, 1934. — С. 69-107. 
10. Коноров А.В., Рогачев Г.Г. Легкобетонные блоки и камни на новом сложном вяжущем веществе // Технология бетона: Труды ЦНИИПС. — М.-Л.: ОНТИ, 1937. — С. 5-19.

 

< Назад

 

Поиск

Автор
Год выпуска
ОСОБЕННОСТИ РАЗРУШЕНИЯ СУЩЕСТВЕННО НЕОДНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ОДНООСНОМ И ОБЪЕМНОМ СЖАТИИ /Бетон и Железобетон 2010/
Известно, что широко применяемые в строительстве цементные бетоны являются по своей макроструктуре существенно неоднородными материалами и состоят из матрицы (цементного камня, мелкого заполнителя, воздушных пори начальных трещин) и крупного заполнителя, механические свойства которых различны [1]. В свою очередь механические свойства крупного заполнителя в бетонах различных видов тоже могут существенно различаться
  © 2008 Славутич Разработка сайта Vitrum-Media