Оптимизация технологического регламента изготовления пенобетонов

Структура бетонной смеси

Как известно вода является инициатором начала химических реакций, в результате которых вяжущее (цемент) превращается в изделие (цементный бетон). И хотя эти химические реакции идут достаточно быстро, всё равно существует некий индукционный период, в течении которого их можно ещё не учитывать. Именно в этот момент происходит приготовление, транспортировка и укладка бетона. На степень успешности и результативности этих процессов влияет ряд технологических факторов. И в первую очередь степень подвижности полученного бетона.

Взаимодействие между твердыми частицами бетонной смеси всецело определяется наличием в ней жидкой среды Ц воды. Только после её добавления к сухим цементу и заполнителю, полученный конгломерат получает структуру и свойства, присущие бетонной смеси. Силы взаимодействия между твердыми частицами бетонной смеси имеют различную физическую природу, в основном зависящую от:

- размеров частиц;

- объема в системе жидкой фазы (воды);

- величины поверхностного натяжения жидкой фазы (наличие в воде ПАВ);

- физической природы жидкой фазы (свободная, капиллярная, сольватная вода);

- наличия в жидкой фазе ионов других веществ.

Зерна крупного заполнителя Ц песка или щебня, и пустоты между ними достаточно велики. Их удельная поверхность мала, расстояния между ними тоже сравнительно большие. Поэтому влияние на них поверхностных сил ничтожно - его мы учитывать не будем. С уменьшением размера частиц (до 1.0 Ц 0.1 мм) возникают силы, обусловленные капиллярной природой и притягивающие такие частички друг к другу. Именно проявление этих сил обуславливает связность бетонной смеси.

На частицы размером 0.1 Ц 0.002 мм воздействуют уже силы поверхностного взаимодействия Ц т. н. флокуляционные силы. Их суть в следующем. На поверхности кристаллических материалов, к которым относятся материалы твердой фазы бетонной смеси (цемент, тонкодисперсные добавки и др.), обычно всегда существуют электрические заряды. На углах и рёбрах кристаллов эти заряды концентрируются. Вследствие притяжения разноимённых зарядов формируются т. н. флоккулы (см. Рис 1) - мелкие частички цемента группируются в более крупные сгустки.

Рис. 1 Схема образований флоккул цемента в воде под воздействием электрических сил.

Объём пор во флоккулах хоть и достаточно большой, но заполнившей его воды всё равно недостаточно для обеспечения полной гидратации сопредельных зерен цемента. Вода, защемлённая в флокулах неподвижна. Её приток извне или наружу практически прекращается. Ситуацию усугубляет и то, что продукты начавшей гидратации цемента еще более закупоривают внутренние каналы.

В натурном выражении этот процесс выливается в то, что самые мелкие и, следовательно, самые реакционно-способные частички цемента, которые должны были обеспечить быстрый набор прочности, сбиваются в сгустки Ц флоккулы. Они реагируют с водой в основном только по своей наружной поверхности. Внутри запасы воды быстро истощаются и прочностной потенциал цемента оказывается наглухо замурованным на несколько лет, а то и десятилетий, пока атмосферная влага всё же не доберётся вовнутрь этих флокул.

Если проанализировать под микроскопом зерновой состав цементных частиц, то можно отчетливо наблюдать, что он очень УукрупняетсяФ в водной среде. Даже тонкомолотые быстротвердеющие цементы с преобладанием частиц меньше 20 микрон в водной среде агрегатируются в более крупные сгустки-флокулы. Добавка всего 0.3 Ц 0.7% серпластификатора С-3 практически полностью снимает эту проблему (см. Рис 2).

Рис. 2: Распределение частиц цемента по размерам

Кроме того, УзащемлённаяФ во флоккулах вода уже не участвует в формировании подвижной структуры бетонной композиции. Именно на стадии приготовления и укладки, когда пластичность бетонной смеси является определяющей технологической характеристикой, мы вынуждены компенсировать потерю, добавляя т. н. Улишнюю водуФ. Своё пагубное влияние на прочностные характеристики она проявит потом, когда завершатся химические реакции.

Особенно сильно этот эффект сказывается на тонкомолотых высокомарочных цементах, которые, в основном, и применяются при производстве пенобетонов. Мало того что их потенциальный быстротвердеющий эффект практически нивелируется флокулизацией и агрегатированием самых УлакомыхФ тонкомолотых частичек, так еще и увеличивающаяся водопотребность, для получения теста нормальной густоты отбирает конечную прочность.

Если при изготовлении пенобетонной смеси не повышать её пластичность (как правило, это абсолютно не нужно) а при помощи пластификаторов снижать В/Ц, можно достичь очень ярко выраженного эффекта ускоренного набора прочности (см. Рис. 3). По своей эффективности данный метод даже предпочтительней применению ускорителей.

Рис. 3. Кинетика набора прочности бетона при неизменной подвижности