Адгезионные свойства ангидритовых вяжущих —
Прочность конгломератных систем, к которым относятся бетоны и растворы, обусловливается двумя факторами: прочностью на отрыв склеиваемых поверхностей и прочностью самого вяжущего.
Роль адгезии (силы сцепления вяжущего с заполнителем) в формировании прочности бетона выяснена не окончательно. Предполагается, что связующая способность минеральных вяжущих хорошо характеризуется их маркой, и она тем выше, чем выше марка вяжущего.
Однако рядом исследователей установлено, что связующая (клеящая) способность минеральных вяжущих изменяется в зависимости от вида и химической природы заполнителей.
Сцепление вяжущего с заполнителем может обеспечиваться как за счет чисто механического защемления затвердевшего минерального клея в неровностях и порах заполнителя, т. е. квалифицироваться как механический вид адгезии, зависящий во многом от чистоты и шероховатости поверхности, так н за
счет химического взаимодействия контактирующихся фаз, или специфической адгезии. На границе камень — вяжущее с таким заполнителем, как известняк, в результате взаимодействия продуктов гидратации цемента образуются устойчивые комплексные соединения типа карбоалюминатов кальция ЗСа0-А1203 (Са, Mg) СО3-ПН2О, обеспечивающие прочный контакт.
Примером проявления адгезии специфического типа и влияния ее на физико- механические и структурные свойства конгломератов может служить исследование свойств мелкозернистых бетонов на ангидритовых вяжущих с использованием в качестве заполнителя дробленого ангидрита.
Сравнение проводилось с дроблеными известняком, гравием, литым закристаллизованным шлаком и традиционным заполнителем — кварцевым песком.
Гранулометрический состав и характеристика заполнителей приводятся в табл. 1, химический состав в табл. 2. Определение прочности мелкозернистых бетонов производилось на образцах-кубах размером 7X7X7 см после водного хранения в возрасте 28 сут.
Исследование структуры мелкозернистых бетонов осуществлялось методом измерения микротвердости на приборе ПМТ-3, а также изучением. прозрачных плоскопараллельных шлифов с помощью поляризационного микроскопа МИН-3.
Результаты физико-механических испытаний ангидрито-шлакового вяжущего, представленные в табл. 3, позволяют отметить интересные особенности, обусловленные видом заполнителя при сохранении идентичными всех других условий формирования мелкозернистых бетонов.
Бетон на дробленом природном ангидрите (CaSO) проявляет закономерности, обратные общеизвестным, а именно: с увеличением содержания заполнителя прочность бетона увеличивается. Отощение смеси за счет других заполнителей приводит к снижению прочности пропорционально количеству введенного заполнителя. Правда, составы 1:1с дроблеными гравием и шлаком обнаруживают более высокую прочность, чем тот же состав с CaSC>4, что можно объяснить более высокой прочностью заполнителя. Наиболее низкие прочностные показатели получены с обычным кварцевым песком.
Результаты исследования микротвердости с тем же видом вяжущего, приведенные на рисунке, дают возможность констатировать различный характер сцепления для трех видов заполнителей. Максимальная твердость, а следовательно, и лучшее сцепление установлены для дробленого ангидрита. Микротвердость в данном случае снижается постепенно от камня к тесту, образуя прочную контактную зону достаточной ширины (до 50 мк), CaSCU в зоне контакта частично размягчен. Абсолютная величина микротвердости в этой зоне в 2—2,5 раза выше, чем у других заполнителей.
Для карбонатных заполнителей также отмечается некоторое понижение твердости камня вблизи контактной зоны и резкое падение ее на границе камень—вяжущее с постепенным повышением прн удалении ст .юны контакта к тесту.
В месте соприкосновения вяжущего с Si02 (заполнителем) слое, отмечается «провал твердости, который может быть объяснен не только отсутствием какого-либо взаимодействия, но н повышением водовяжущего отношения в зоне контакта с плотным, не впитывающим воду заполнителем.
Петрографические исследования позволили также отметить существенные различия в структуре конгломератов. Кварцевый и карбонатный заполнители имеют резко очерченные границы. Вяжущее входит в неровности и поры заполнителя, тесно соприкасаясь с ним и образуя ясно видимую зону контакта. Для кварца зона контакта с гидратированным вяжущим представлена узкой (2—3 мк) полосой, вдоль которой расположены кристаллики новообразований.
Карбонатный заполнитель контактируется по типу кварцевого, однако наличие поверхностных трещин, а также некоторое водопоглощение известняка обусловливают проникновение кристаллов двугидрата внутрь зерен заполнителя на глубину 5—~мк.
Рассмотрение шлифов с заполнителем дроблении ангидритом выявило совершенно другую картину. Заполнитель и вяжущее имеют настолько тесное срастание, что трудно определить не только границу заполнителя, но и вообще зону контакта, которая не имеет конкретных размеров и очертаний. Наблюдается полное срастание поверхности заполнителя с кристаллами вяжущего. Заполнитель от вяжущего можно отличить лишь при скрещенных николях по интерференционной окраске.
Петрографические исследования и измерение микрствердости образцов дают возможность объяснить необычное поведение бетонов, проявляющееся в увеличении прочности с увеличением доли заполнителя.
Прослойка вяжущего между частицами родственного по химической природе заполнителя уменьшается, вследствие чего прочность сростка обеспечивается прочностью зон контакта, когезия которых выше, чем когезия вяжущего з объеме. Е оптимуме можно найти такие составы, у которых промежуточный с заполнителем слон вяжущего минимален к упрочен за счет взаимодействия между вяжущим и заполнителем, т. е. ограничен самой зоной контакта В результате происходит смыкание зон контакта, приводящее к заметному увеличению прочности.
Исследование свойств мелкозернистых бетонов, изготовленных с применением тех же заполнителей, но на неводостойком ангидритовом вяжущем, т. е. с активизацией CaSOi растворимыми в воде солями, приводит к тем же результатам. Таким образом закономерности, отмеченные для ангидрито-шлакового вяжущего, повторяются и для чистого ангидритового вяжущего, полученного помолом природного ангидрита с добавками катализаторов.