О механизме взаимодействия портландцемента с водой

Правильное понимание механизма твердения портландцементного камня имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение. Уже более 70 лет продолжается обсуждение этого вопроса, но и сегодня среди ученых имеются коренные резногласня

Ряд исследователей придерживаются гипотезы Ле-Шателье, по которой новообразования получаются в жидкой фазе с последующим выкристаллизовывались из насыщенного раствора Другие развивают взгляды Михаелиса и А. А. Байкова, считая, что новообразования являются продуктами твердофазовых реакций —6. Результаты исследований последних лет позволили сформулировать еще одну точку зрения, сводящуюся к тому, что образование продуктов гидратанни в одном и том же вяжущем может идти как по од ному, так и по другому пути в зависимости от многих действующих факторов.

Экспериментальные данные, полученные автором данной статьи, также позволяют считать, что качественно могут протекать процессы твердения как по схеме Ле Шателье. так и по схеме Михаэлиса и А А. Байкова

В пользу гипотезы Ле Шателье категорически высказываются В. Б. Ратинов и А. Е. Шейнин, отмечая, что кинетика гидратации вяжущих веществ протекает е диффузионным контролем, а Диффузия жидкости в твердое тело протекает во много раз медленнее, чем в жидкости и поэтому доля топохимической гидратации может составить лишь несколько процентов >.

В работе НПИЦемента в связи с таким составах водного раствора механизм выпадения гидросилпката признается невероятным, причем петрографическне исследования однозначно указывают на наличие растворения C3S. При этом кремнезем остается в твердой фазе, сохраняя форму исходного зерна»4.

Трудно согласиться с утверждением В Б. Ратинова u А. Е. Шейнина о том, что механизм гидратации не зависит от размеров цементных зерен в пределах от 1 до 50 мк. Этому противоречит ряд фактов, в том числе то обстоятельство, что растворимость малых зерен цемента значительно выше растворимости крупных. В связи с этим не вызывает сомнения, что доля топохимического механизма гидратации находится в зависимости от изменения крупности зерен цемента в указанном интервале. Сказанное позволяет автору согласиться с А. В. Волженским, считающим, что с понижением растворимости зерен цемента повышается доля твердофазовой адаптации.

Не может быть признанной категоричность утверждения В. Б. Ратинова и А. Е Шейнина о том, что гидратация цементт протекает, в основном, по схеме растворение — осаждение; более убедительные доказательства этого положения нам неизвестны, хотя подобную точку зрения разделяют (без количественных доказательств) В. В Михайлов П Фарран и другие. Фарран и Бпондьо таже считали, что гипотеза Ле Шателье получила всеобщее признание. что. однако, неверно.

Не могут служить доказательством преимущественного протекания гидратации по схеме Ле Шателье и опыты В Черннна, так как результаты этих опытов не имеют количественной интерпретации.

В то же время имеется много исследований, авторы которых пришли к выводу о превалировании топохимических реакций при гилпатамии цемента 1C. Д. Окороков, М. И Стрелков, Г. Н Сиверчев, Штейнгарт и Бельмам,0. Марк-Конель).

Даже при действии на малое количество цемента большими объемами непрерывно обновляемой волн гидраты окислов S О? пН20; AljOj • /-Н20; Feo03 - пН->0 не вымываются, а остаются, в основном, в осадке, но частично переходят в коллоидный раствор. Вы- гцелачивается лишь гидрат екнеи кальция14. Гипотеза растворения и осажд- дения основных еннералов клинкера в заметных количествах этими опытами опровергается. При гидратации хорошо растворимого полуводного гипса значительная часть его превращается в двуводный типе в результате твердофазовой реакции.

Обстоятельный обзор достижений учения о химии твердения портландцемента в период между третьим и четвертым международными симпозиумами по химии цемента привел К- Т. Грина к выводу, что «вероятно самые ранние реакции происходят путем растворения и осаждения, тогда как более поздняя гидратация регулируется диффузией и приближается к процессам твердофазного типа. Косвенно признает возможность частичной гидратации минералов «на месте» их нахождения и Пауэрс. Даже в отношении сульфоалюминатов кальция имеются данные о топохимическом типе реакции.

Анализ, выполненный автором, показывает что ряд экспериментальных фактов можно объяснить как с позиций Ле Шателье, так и с позиций твердо фазовых реакций, но нет ни одного известного нам факта, который можно было бы объяснить только с позиций Ле-Шателье. В то же время имеется много опытов, которые нельзя объяснить с позиций Ле-Шателье н они легко объяснятся с позиций гидратации «на месте» без заметного переноса растворенного вещества через раствор.

Тончайшие подводные н плавающие пластинки цементного камня толщиной от 1 до 4—5 цементных зерен, полученные автором, уже через сутки приобретали прочность, достаточную ддя извлечения без поломки всей пластинки с поперечником около 3 см с помощью пинцета. На микрофотографиях видно, что цементные зериа как бы слипаются, сохраняя между собой довольно крупные попы. Удалось обнаружить, что и при толщине пластинки в несколько не ментных зерен они образуют пространственную пористую структуру, напоминающую крупнопористый бетон. Эти опыты нельзя объяснить с позиции гипотезы Ле-Шателье. так как зерна цемента при таком избытке воды должны были раствориться в заметном объеме и не «склеиваться», а большая часть новообразований через водный раствор перейти на стенки сосуда, чего не наблюдалось.

В дальнейшем автор подвергал гидра танин 15 иг цемента в сосуде с водой в количестве 0,7 я. Заметного растворения цемента не было обнаружено в возрасте до I точа, но не было и сращивания набухающих цементных зерен меж ду собой что можно объяснить снижением СаО в СзВ на 1 л воды в 48 рая. Растворимость Si02 в воде была сравнительно высокой и это, возможно, явилось причиной отсутствия сращивания цементных зерен, так как часть гидратации протекала именно по схеме Ле Шателье.

Даже отдельные зерна полуводного гипса, по наблюдениям автора, перестают растворяться в неперемешиваемой ноте с момента достижения насыщенного раствора гипса.