К ТЕОРИИ ГИДРАТАЦИОННОГО ТВЕРДЕНИЯ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ —
По нашему мнению, эффект можно объяснить тем, что при гидратации происходит прямое преобразование частиц CaSO4-0,5 Н20 (в процессе их оседания в суспензии) в удлиняющиеся кристаллы двуводного гипса. Последние, срастаясь один с другим, создают расширяющуюся структуру твердения. В ходе гидратационного превращения отдельной частицы CaSO4-0,5 Н20 образующиеся молекулы двуводного гипса перемещаются по ее поверхности и сосредоточиваются в местах выхода оси формирующегося кристалла CaS04-2H20, образуя выступы. Последние выдвигаются при продолжающейся топохичической гидратации, обеспечивая вытягивание частицы и постепенное преобразование ее в кристалл гипса-двугидрата.
Вначале оси удлинения преобразующихся частиц располагаются в суспензии под различными углами к горизонтальной плоскости. Но при оседании этих частиц углы наклона их осей уменьшаются вследствие сопротивления дисперсионной среды — воды. Чем выше удельная поверхность исходного вяжущего, тем медленнее опускаются преобразующиеся частицы и больше уменьшаются углы их наклона, что отдаляет момент возникновения структуры и замедляет темп последующего увеличения объема системы.
Фоном описанного процесса прямого кристаллохимического преобразования служит раствора гипса-двугидрата. Оно обусловливается повышенной растворимостью молекул CaS04-2H20 в полупродуктах этого процесса (формирующихся кристаллах) по сравнению с полностью сформированными кристаллами дву,водного гипса.
Анализируя процессы твердения вяжущих веществ, необходимо разделять топохимические реакции, происходящие при гидратации, на реакции соединения (синтеза) и разложения (гидролиза). Если при гидратации вяжущего вещества протекала реакция синтеза, то число твердых фаз в системе не изменится или сократится (пример: СлО+Н20+f- agСа(ОН)2 ЗСаО-А12Оз 4-f 3(CaS04-2H20) f 25Н20 + ад — ЗСаО А120з 3CaS04-31H20 4 ад). Если при гидратации вяжущего вещества происходил гидролиз, то число твердых фаз в системе увеличится (пример: ЗСаО — Si02 + 4Н20 4-ад 2СаО Si02-3H20 + Ca(OH)2+oi7: 3(5 СаО- ЗА120з) + 42Н20 4- ад — 5 (ЗСаО А120з — 6Н20) +8A1 (ОН) 3+ад).
Отсюда следует, что существуют два основных (первичных) механизма гидратационного твердения вяжущих веществ.
Один функционирует при прохождении топохимических реакций синтеза, в результате которых молекулы мономинералов — акцепторов — входят в состав образующихся гидратов (сольватов). При этом возникают силы; удерживающие новообразования на поверхности частиц акцепторов и обеспечивающие постепенное превращение частиц в кристаллы новообразований. Данный механизм твердения действует, как показано выше, при гидратации CaS04 — 0,5 Н20, а также при гидратации СаО (в охлаждаемой форме), MgO, 2Ca0-Si02 и двухкомпонентного известково-песчаного вяжущего. Причем в последнем объектами прямого кристаллохимического преобразования выступают частицы практически нерастворимого в воде кварца, а роль донора выполняет хорошо растворяющийся гидрат окиси кальция, обеспечивающий поступление реагента к поверхности частиц акцептора — кварца.
Другой основной механизм твердения функционирует тогда, когда происходит гидролиз вяжущего веществ а, т, е. протекает химическое диспергирование с появлением пересыщенного раствора продуктов разложения и последующим твердением вследствие их кристаллизации. В период, когда основная масса образующихся кристаллов состоит из частиц размером 1—100 мкм, система проявляет свойства коллоида. Но затем, по мере роста кристаллов и срастания их между собой, свойства коллоида утрачиваются и развивается процесс упрочнения возникшей структуры. Этот механизм твердения наблюдается при гидратации мономинералов 3 СаО — Si02 и 5 СаО — 3 А120З, стекловидной составляющей цементных клинкеров.
Анализ экспериментальных данных показывает, что при гидратации портландцемента и глиноземистого цемента наряду с обоими основными могут функционировать вторичные механизмы твердения, обусловленные химическим взаимодействием продуктов гидратации и перекристаллизацией новообразований в растворе. Это относится также к расширяющимся цементам, чо с тем отличием, что для них преобладающее значение имеет механизм твердения, связанный с прямым кристаллохимическим превращением частиц алюминатов кальция в растворе Са(ОН)2 и CaS04-2H20 в кристаллы эттрингита, так как именно указанный механизм вызывает увеличение объема.
В основе действия первичных и вторичных механизмов твердения лежит формирование удлиненных (столбчатых, игольчатых, волокнистых) и уплощенных (пластинчатых, таблитчатых) кристаллов. С этой точки зрения при выборе средств для регулирования процессов твердения вяжущих веществ необходимо учитывать особую роль габитуса образующихся кристаллогидратов, определяющего скорость их удлинения и оседания, а также ориентацию. Не умаляя значения тепловлажностной обработки твердеющих вяжущих, следует подчеркнуть эффективность применения химических добазох в бетоны и строительные растворы. изменяющих габитус формирующихся кристаллов и подвижность (динамическую вязкость) воды затворения, влияющую на скорость процесса гидратации.