Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Влияние капиллярной поровой структуры на долговечность железобетонных конструкций. способы ее определения и прогнозирования 10
1.1. Влияние капиллярных пор на свойства бетона 10
1.2. Влияние капиллярной поровой структуры бетона на долговечность бетонных и железобетонных конструкций 15
1.3. Экспериментальные способы определения структуры капиллярных пор цементного камня и бетона 17
1.4. Формирование структуры капиллярных пор цементного камня в современной теории твердения цементного камня 22
1.5. Основные положения физико-химии дисперсных систем применительно к процессам структурообразования цементных дисперсий 32
1.6. Общие сведения о моделях структуры капиллярно-пористого тела 42
1.7. Цель и задачи работы 47
ГЛАВА 2. Характеристики материалов и методы исследования, использованные в работе .: 50
2.1. Характеристика материалов и технология изготовления образцов 50
2.2. Методика получения исходных данных по гранулометрическому составу цементов методом седиментации из поверхностного слоя 52
2.3. Методика исследования капиллярной пористости цементного камня и бетона методом растровой электронной микроскопии 54
2.4. Методики исследования физико-механических свойств образцов цементного камня 60
2.5. Методика определения показателей пористости цементного камня и бетона по кинетике их водопоглощения 62
2.6. Методика исследования диэлектрической проницаемости системы «цемент - вода» 63
2.7. Выводы 65
ГЛАВА 3. Моделирование капиллярной поровой структуры цементного камня и проверка адекватности модели 66
3.1. Получение исходных данных для реализации модели и формулировка критериев сравнения модельной и реальной структуры капиллярных пор цементного камня 66
3.1.1. Результаты исследования диэлектрической проницаемости цементной пасты 66
3.1.2. Определение гранулометрического состава цемента 68
3.2. Разработка модели капиллярной структуры цементного камня 71
3.2.1. Модель структуры цементной пасты до начала схватывания цемента 72
3.2.2. Расчет энергии взаимодействия между частицами в системе "цемент-вода" 72
3.2.3. Моделирование структуры цементных дисперсий с учетом энергии взаимодействия частиц цемента 78
3.2.4. Моделирование изменения капиллярной поровой структуры цементного камня в процессе его твердения 84
3.3. Проверка адекватности модели 87
3.3.1. Результаты сравнения модельной и реальной структуры капиллярных пор цементного камня тяжелого бетона 87
3.3.2. Результаты сравнения модельной и реальной структуры капиллярных пор раствора и тяжелого бетона 92
3.4. Выводы 94
ГЛАВА 4. Применение модели капиллярных порцементного камня в расчете долговечности железобетонных конструкций 95
4.1. Влияние факторов, определяющих структуру капиллярных пор, на ее дифференциальные характеристики 95
4.2. Влияние факторов определяющих структуру капиллярных пор на свойства цементного камня и бетона 101
4.3. Применение модели в расчете долговечности 109
4.4. Алгоритм подбора компонентов цементно-водной составляющей тяжелого бетона 122
4.5. Выводы 125
Общие выводы и результаты работы 127
Основные обозначения 130
Литература 133
Приложение 145
- Влияние капиллярных пор на свойства бетона
- Методика получения исходных данных по гранулометрическому составу цементов методом седиментации из поверхностного слоя
- Получение исходных данных для реализации модели и формулировка критериев сравнения модельной и реальной структуры капиллярных пор цементного камня
- Влияние факторов, определяющих структуру капиллярных пор, на ее дифференциальные характеристики
Введение к работе
Актуальность работы. В прогнозировании стойкости, долговечности бетона ведущую роль занимает поровая структура. Ее характеристики определяют процесс разрушения бетона конструкции. В теории расчета долговечности бетона конструкций наряду с другими факторами установлена взаимосвязь и ведущая роль дифференциальной структуры пор и коэффициентов интенсивности напряжений, определяющими эксплуатационный ресурс конструкции. Однако определение этих характеристик, из-за отсутствия других способов, осуществляется экспериментально или на основании полуэмпирических зависимостей. Оценивая общую пористость, эти зависимости не дают ответы на вопросы, связанные с формой пор, количественным и вероятностным распределением пор по размеру.
Известно, что наиболее многочисленная и ответственная за свойства бетона доля пор — капилляры. Они проницаемы для воды и являются причиной проникания ее внутрь бетона конструкции, способствуют накоплению и развитию трещин. Основные свойства бетона зависят от характеристик капиллярной поровой структуры, формирование которой начинается на ранней стадии твердения цемента.
Проблемы экспериментального исследования характеристик пор капиллярного диапазона связаны со сложностями подготовки образцов, часто искажающей структуру. Несмотря на существование интегральных методов исследования поровой структуры бетона, методы исследования дифференциальной пористости требуют дальнейшего развития.
Для прогнозирования капиллярных пор перспективным является метод компьютерного моделирования который в последнее время активно применяется для прогноза морозостойкости и долговечности бетона.
Работа выполнялась в соответствии с тематическими планами научно-технических работ Томского ГАСУ, в частности по теме 2.1.6.1 «Формирование структуры цементного камня на раннем этапе твердения» в рамках отраслевой
научно-технической Министерства образования РФ «Строительство и архитектура», 1997 г.
Цель работы состояла в разработке вероятностной математической модели формирования структуры капиллярных пор цементного камня, основанной на случайном характере распределения частиц цемента, для прогнозирования долговечности тяжелого бетона конструкций, работающих в условиях отсутствия динамических нагрузок и сильноагрессивных воздействий.
Поставленной целью определены следующие задачи исследования.
Разработать вероятностную физико-математическую модель структуры капиллярных пор цементного камня, учитывающую взаимодействие цементных частиц через водную прослойку, и алгоритм ее реализации.
Разработать метод экспериментальной оценки структуры капиллярных пор цементного камня по сколу образца, позволяющий получать вероятностное и количественное распределения пор по размеру и форме.
Установить применимость модели в расчете долговечности тяжелого бетона конструкций по результатам сравнения данных моделирования и экспериментальной оценки распределения капиллярных пор цементного камня по их размеру.
Разработать алгоритм подбора гранулометрического состава цемента, водоцементного отношения и пластифицирующих добавок для тяжелого бетона конструкций требуемой долговечности при заданных условиях эксплуатации.
Методы исследования. В работе, кроме стандартных методик исследования, применялись методы компьютерного моделирования, теории вероятности, математической статистики, седиментационного анализа гранулометрического состава порошков, растровой электронной микроскопии.
Научная новизна работы. 1. Установлено, что учет энергии взаимодействия цементных частиц через
водную прослойку и их распределения по размеру позволяет разработать
7 с достаточной для практических задач адекватностью физико-математическую модель структуры капиллярных пор цементного камня, позволяющую с большей надежностью прогнозировать долговечность тяжелого бетона несущих строительных конструкций. 2. Установлено, что при экспериментальном исследовании капиллярной по-ровой структуры цементного камня эффект ее искажения устраняется изучением скола образца, полученного ударным воздействием сосредоточенной нагрузкой, что обеспечивает возможность адекватного анализа распределения пор по слоям структуры на основе изображений при использовании метода растровой электронной микроскопии. Практическая значимость работы.
Разработана вероятностная физико-математическая модель структуры капиллярных пор цементного камня, алгоритм и компьютерная программа ее реализации для прогноза долговечности тяжелого бетона несущих строительных конструкций.
Разработана методика определения характеристик структуры капиллярных пор цементного камня путем обработки изображений, полученных в поле отраженных электронов со скола образца, методом растровой электронной микроскопии.
- 3. Разработан алгоритм подбора гранулометрического состава цемента, во-доцементного отношения и пластифицирующих добавок для тяжелого бетона конструкций требуемой долговечности при заданных условиях эксплуатации.
Разработан и защищен патентом на изобретение способ прогнозирования капиллярной поровой структуры цементного камня, позволяющий с большей надежностью прогнозировать долговечность тяжелого бетона строительных конструкций.
Результаты исследования использованы:
- при строительстве монолитной железобетонной водопропускной трубы в г. Томске со средней толщиной стен 1,2 м;
8 - для чтения лекций по вопросам бетоноведения в курсах дисциплин «Технология строительных процессов», подготовке магистерских диссертаций и дипломных работ на строительном факультете ТГАСУ. Достоверность содержащихся в работе результатов обеспечена корректностью применения апробированных методов строительного материаловедения, математического аппарата, необходимым объемом статистических данных, применением современных поверенных средств измерений требуемого диапазона, согласованностью результатов теоретических положений с данными, полученными автором экспериментальным путем и с данными других исследователей.
На защиту выносятся.
Вероятностная физико-математическая модель, имитирующая процесс формирования структуры капиллярных пор цементного камня и алгоритм ее реализации.
Методика определения характеристик структуры капиллярных пор цементного камня путем обработки изображений скола образца, полученных методом растровой электронной микроскопии.
Результаты исследования влияния гранулометрического состава цемента на дифференциальную капиллярную пористость цементного камня.
Алгоритм подбора гранулометрического состава цемента, водоце-ментного отношения и пластифицирующих добавок для бетонных и железобетонных конструкций с заданным сроком эксплуатации в условиях отсутствия динамических и сильноагрессивных воздействий.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на III международной школе-семинаре «Эволюция дефектных структур в металлах и сплавах. Структурно- энергетические превращения в конденсированных средах» Алтайский ГТУ, Барнаул, 1996, Международном конгрессе «Ресурсо- и энергосберегающие технологии реконструкции и нового строительства» в г. Новосибирске, 1998 и 2000 г.; 10-й Сибирской (международной)
9 конференции по железобетону в Новосибирске, 2005 г.; II Всероссийской (Международной) конференции по бетону и железобетону. Бетон и железобетон -пути развития. Москва, 2005 г, на ежегодных научно-технических конференциях Томского ГАСУ в 1996-2005 гг.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из 4 глав и имеет общий объем 132 страниц машинописного текста; основных выводов; списка используемой литературы из 128 наименований; 10 таблиц и 53 рисунка.
Диссертационная работа выполнялась в ТГАСУ. Эксперименты проводились в лабораториях ТГАСУ, ТГУ, ТПУ, Институте физики прочности СОР АН.
Соискатель выражает особую благодарность и признательность научному консультанту д.т.н., профессору А. И. Гныре, д.т.н., профессору Ю.С. Сарки-сову, к. ф-м. н., доценту Б. В. Дудке, к. ф.-м. н., доценту Д. В. Лычагину за оказанную помощь, ценные советы и консультации при выполнении работы. Автор благодарит сотрудников лаборатории ОАО «Оргтехстрой» г. Томска, директора департамента градостроительства и перспективного развития администрации г. Томска В. Ю. Чернету за помощь в предоставлении оборудования для проведения экспериментов.
Влияние капиллярных пор на свойства бетона
Свойства бетона как капиллярно-пористого тела во многом определяются структурой его порового пространства.
Под структурой бетона подразумевают широкий комплекс понятий, в который включают строение материала от атомно - молекулярных структур составляющих бетон компонентов и кончая макроструктурой бетона как композиционного материала, состоящего из цементно - песчаного раствора и крупного заполнителя.
Выделяют три основных типа структур бетона [110]: 1. Микроструктура - структура цементного камня. 2. Мезоструктура - структура цементно - песчаного раствора. 3. Макроструктура - двухкомпонентная система (раствор и крупный заполнитель).
Для каждой из перечисленных структур характерны свои особенности, связанные с условиями их образования. Так, микроструктура цементного камня может быть охарактеризована такими структурными составляющими, как кристаллический сросток, тоберморитовый гель, не до конца гидратированные зерна цемента и поровое пространство. Наиболее важными технологическими факторами, влияющими на формирование микроструктуры цементного камня, являются химико-минералогический состав цемента, тонкость его помола, во-доцементное отношение и условия твердения (степень гидратации).
Для мезоструктуры цементно-песчаного раствора, кроме перечисленных факторов, определяющих микроструктуру цементного камня, важными управляемыми факторами являются состав раствора, гранулометрический и минералогический состав песка, форма его зерен, характер поверхности частиц и их загрязненность. Соотношения свойств цементного камня и песка определяют свойства цементно-песчаного раствора. При этом изменение определенных свойств компонентов раствора не ведет к пропорциональному изменению соответствующих свойств раствора в целом как материала. Мезоструктуру цементно-песчаного раствора можно рассматривать как конгломерат, в котором матрицей является цементный камень.
Макроструктура бетона имеет много общего с мезоструктурой, так как в этом случае в качестве матрицы может быть рассмотрен цементно-песчаный раствор, в котором распределен крупный заполнитель. Для конгломератных мезо- и макроструктур, кроме свойств матрицы и самого заполнителя, большое значение имеет и распределение заполнителя.
Мезо- и макроструктуру в зависимости от содержания заполнителя (соответственно мелкого и крупного) можно подразделить на три вида. В структуре первого вида заполнитель не имеет контактов и как бы «плавает» в матрице, т.е. содержание растворной части превышает объем пустот между заполнителем. Для этого случая характерно малое влияние свойств заполнителя на свойства бетона, которые в основном определяются свойствами раствора. По мере увеличения концентрации заполнителя толщина прослоек из цементно-песчаного раствора уменьшается до тех пор, пока зерна не начинают контактировать и образуют достаточно плотный каркас (структура второго вида), существенно влияющий на свойства бетона, и в первую очередь на прочность.
В структуре третьего вида пустоты между заполнителем не полностью заполнены растворной частью или цементным камнем. В этом случае образуется крупнопористая структура.
Полная пористость цементного камня выражается формулой nu.K=(l-d)-100, ( 1 ) где Пцк - пористость, %; d - относительная плотность цементного камня, которая определяется как Р(/рцк, г/см ; ро - объемная масса цементного камня в сухом состоянии, г/см ; рцк - плотность цементного камня, г/см3.
Для обычных цементов ро и рцк определяются по формулам:
Помимо общей пористости на свойства бетона и цементного камня в значительной степени влияет характер порового пространства (табл. 1) .
Согласно [34] наиболее неблагоприятны макропоры и сквозные капилляры. Замкнутые поры в меньшей степени снижают прочность и морозостойкость бетона и цементного камня. Размер пор и их количество зависят при прочих равных условиях от дисперсности цемента.
Среди различных видов пор наибольшее влияние на свойства бетона оказывают капиллярные поры цементного камня (табл. 2).
Поры размером менее ОД мкм практически непроницаемы для воды. В зависимости от относительной влажности воздуха, часть микропор в бетоне воздушного хранения непроницаема и для газов [17]. Известно, что повышение доли мелких пор благоприятно сказывается на всех характеристиках бетона: повышается его морозостойкость, трещиностойкость [17, 29]. Их доля в общем объеме пор определяется минералогическим и химическим составом цемента и составляет 30...45%. От количества воды затворения, как показывают результаты исследования, она не зависит.
Методика получения исходных данных по гранулометрическому составу цементов методом седиментации из поверхностного слоя
Методы анализа дисперсности порошков подразделяются на прямые и косвенные. Преимуществом прямых методов измерения размеров частиц является возможность визуального изучения их формы (микроскопия) и фракционирования на достаточно узкие массовые доли с последующим взвешиванием (ситовой метод, который наиболее распространен при анализе дисперсности цементов) не требующие калибровки. К основным недостаткам этих методов можно отнести трудоемкость, дискретный характер получаемой информации и невозможность определения гранулометрического состава существенно анизо-метричных частиц.
Косвенные методы анализа могут предоставить информацию о колоссальном количестве объектов с минимальным шагом дискретизации, легко поддаются компьютеризации, но размер исследуемых частиц определяется в них по зависимостям, косвенно связывающим его с той или иной физической величиной, поэтому для них, как правило требуется калибровка.
Из многообразия седиментационных методов анализа дисперсности наиболее привлекателен весовой, который сочетает в себе прямое измерение стан---: дартнои "физической величины — массы, с косвенным определением размера"" частицы. При организации осаждения частиц из стартового монослоя, созданного на зеркале чистой седиментационной жидкости, этот процесс, по сути, бу-дет аналогичен ситовому рассеву, но с непрерывной регистрацией накапливающегося веса. Запись этого процесса в реальном масштабе времени легко поддается компьютерной обработке и может быть описана аналитически.
Основной задачей в создании стартового слоя частиц является подбор пары жидкостей, при взаимодействии которых мог бы образоваться достаточно тонкий слой одной их них на поверхности другой с распределенными в слое частицами пробы.
Создание монослоя включает в себя три основные стадии. Введенная на поверхность жидкой среды капля спирта с содержащимися в ней частицами твердой фазы под действием гравитационных и инерционных сил увлекается на некоторую незначительную глубину внутрь седиментационной жидкости. Затем седиментационная жидкость выталкивает на поверхность и каплю, и содержащиеся в ней частицы твердой фазы благодаря большей плотности по сравнению с плотностью спирта. После этого капля суспензии равномерно распределяется по зеркалу седиментационной жидкости с образованием монослоя частиц твердой фазы.
Жидкость, на основе которой готовится суспензия частиц, вводимая в стартовый слой с дисперсионной средой способствует дополнительной дезагрегации частиц исследуемой пробы, и препятствует их объединению в новые агрегаты, образуя на их поверхности тонкий пленочный слой.
На основе данной методики НИИ прикладной математики и механики при ТГУ был разработан прибор ВС-3 (Рис. 9). Который включает в себя: механический блок, содержащий систему ввода пробы и измерительную систему регистрации веса осадка; блок связи прибора с персональным компьютером; персональный компьютер с принтером и дисплеем.
Механический блок седиментометра состоит из цилиндрического осади-тельного сосуда (кюветы), измерительной системы регистрации веса осадка, включающей в себя чувствительный элемент с чашечкой сбора осадка и датчиком микроперемещений.
Внутри осадительного сосуда размещается дополнительный цилиндр со съемными кольцами, препятствующий рассеянию частиц при их осаждении, устанавливаемый в кювете на приемной чашечкой.
Преобразование и передачу сигнала с датчика микроперемещений в компьютер осуществляет блок связи, представляющий собой аналого-цифровой преобразователь с дополнительными функциями по обеспечению электропитания датчика микроперемещений и установки нуля прибора.
Работа седиментометра осуществляется следующим образом. Одновременно с запуском суспензии включается счетчик времени. Визуально весь процесс отображается на экране монитора, где высвечивается координатная сетка в масштабе «вес — время», и по мере оседания частиц вычерчивается кривая, отражающая приращение веса осадка в реальном масштабе времени. По окончании процесса осаждения запускается программа аппроксимации кривой накопления аналитической зависимостью и расчета кумулятивной и дифференциальной характеристик дисперсности исследуемой пробы.
Метод растровой электронной микроскопии (РЭМ), в отличие от других методов определения характеристик поровой структуры, не разрушает структуру при подготовке образцов, не требует специальной пропитки или обработки поверхности, ее искажающей. Кроме того, он удобен для сравнения с моделью, так как полученные изображения обрабатываются одним и тем же методом. Подготовка образцов заключается в получении образцов с оптимально ровным профилем скола заданного размера путем приложения ударной сосредоточенной нагрузки на образец и напылении в вакуумном посте на исследуемую поверхность слоя графита.
Основные сложности при использовании РЭМ состоят в получении снимков одинакового качества, правильного подбора увеличения для заданного диапазона пор, получения количественной информации при обработке изображений [23, 51, 62, 66, 67, 68, 97].
Первый вопрос решался применением устройства, совместимого с компьютером. Изображения из микроскопа передавались в компьютер при помощи специального блока и программы, минуя операции, связанные с обычной фотографией объекта и искажающих их качество.
Увеличение при съемке подбиралось с позиций обеспечения достаточного для статистического анализа количества объектов (пор) капиллярного диапазона и качества изображения.
Количественная обработка снимков производилась специально разработанной программой («Hole»), определяющей поры и их площади. Идентификация пор происходила по отношению к уровню яркости изображения.
Так как поверхность образца была объемной, необходимо было отделить на снимках представительную площадь и оставшуюся (занятую неровностями) скола или крупными порами, анализ которых не входил в нангу-задачу. Путем пробных снимков и их обработки определено, что более технологичными для обработки являются увеличения в 2000 и в 1000 раз. Неровностями и дефектами изображений считались объекты размером более 10 мкм.
На рис. 10 показано влияние количества обработанных изображений скола образца на результат определения распределения пор по размерам. Из графика видно, что для анализа характеристик поровой структуры капиллярного диапазона достаточно четырех изображений.
Получение исходных данных для реализации модели и формулировка критериев сравнения модельной и реальной структуры капиллярных пор цементного камня
Важную роль в энергии взаимодействия частиц цемента играет диэлектрическая проницаемость, как раствора, так и исходного порошка цемента.
Графики изменения емкости системы «цемент-вода» в зависимости от времени твердения приведены на рисунке 19. Рис. 19. Изменение емкости системы «цемент-вода» во времени: а) - марка цемента ПЦ М400-Д20; б) - марка цемента ПЦ М500.
Результаты исследований хорошо согласуются с данными приведенными в работах [28, 83, 84]. По данным [92] резкий перегиб на кривых «емкость -время» совпадает с началом схватывания и является признаком начала «сильного» взаимодействия на агрегативном уровне. _. По экспериментально полученным данным была определены зависимости" диэлектрической проницаемости от водоцементного отношения на момент начала схватывания цементов марок ПЦ М400-Д20 и ПЦ М500 Топкинского завода: (40) (41) ) -0,668(B/Z+0,143) = ев-(Х-ё -4,365(В/Д-0,194)ч Л/500 М 400 где єв - диэлектрическая проницаемость воды. 3.1.2 Определение гранулометрического состава цемента.
Определение гранулометрического состава цементов производилось весовым седиментометром ВС - 3 разработанным НИИ прикладной математики и механики при ТГУ для автоматизированного анализа гранулометрического состава порошков металлов, сплавов, органических и неорганических соединений [2, 18, 45].
В качестве седиментационной жидкости использовался керосин. Параллельно с измерениями на седиментометре производился анализ гранулометрического состава цементов на оптическим микроскопе [45]. Результаты измерений и сравнение полученных данных приведены в таблице 3.1, и на рисунке 20.
Согласно сформулированной в [20] методике компьютерное моделирование случайных структур проходит следующие этапы: 1) формулировка стохастической модели структуры; 2) разработка формального описания (алгоритма) процесса структурооб-разования; 3) реализация стохастической модели и получение результата в виде матрицы обобщенных координат всех элементов упаковки данной структуры; 4) создание и реализация алгоритмов для исследования физико - механических свойств полученных статистических математических моделей структуры; 5) верификация результатов моделирования (сравнение с экспериментом, данными других моделей и т.д.).
Частицы сухого цемента непрерывно распределены по размерам, причем 60 - 70 % частиц имеют размеры 0.5 - 40 мкм, что соответствует дисперсности 3000 - 5000 см2/г [14, 38, 94, 104].
Форма частиц, как правило, неизометрична, т.е. доля игловатых и пластинчатых форм достаточно велика, однако относительная разница поперечных размеров не столь значительна, чтобы можно было говорить о них как о частицах с резко выраженной разноосностью. Поверхность частиц также не является ровной, шероховатость выражена достаточно сильно. Однако при смачивании частиц водой под формой частиц следует понимать поверхность раздела молекулярного взаимодействия между соседними частицами, которую практически можно считать изометрической (сферической). Такое рассмотрение структуры справедливо лишь в самой начальной фазе образования бетона до твердения. После твердения образуется цементный камень, структуру которого нельзя рассматривать как композицию сферических частиц.
Исходя из выше изложенного, в настоящей работе предлагается компьютерная модель коагуляционнои структуры цементного камня на момент начала схватывания, состоящей из упакованных случайным образом шарообразных недеформируемых обводненных частиц цемента с заданным законом распределения их радиуса.
Влияние факторов, определяющих структуру капиллярных пор, на ее дифференциальные характеристики
Для анализа влияния факторов, определяющих структуру капиллярных пор, выделены водоцементное отношение, температура, гранулометрический состав цемента и наличие пластифицирующей добавки.
Влияние водоцементного отношения на дифференциальную пористость капиллярного диапазона (ГЩ М500): а) N — количество пор (пло щадь модели 43.8-10 мкм ), б) Р - вероятность; Rnop - радиус пор. Как видно из рис. 35, увеличение водоцементного отношения приводит к уменьшению количества мелких пор и повышению доли крупных пор. Значит, рост водоцементного отношения способствует увеличению количества и объема пор макроразмера.
Анализируя влияние температуры раннего периода твердения системы «цемент-вода», можно отметить слабое влияние на цементный камень из цемента ПЦ М500: дифференциальные кривые практически совпадают (см. рис. 48-49). Увеличение доли мелких пор при повышении температуры от 20 до 80 С отмечено на цементном камне из цемента ПІД М400-Д20. Результаты согласуются с поведением потенциальных кривых при этих температурах (рис. 22 - 24), которые меняют свой вид: повышение температуры приводит к исчезновению ближней «потенциальной ямы» (рис. 4). В результате цементные частицы соединяются в флокулы на более дальних расстояниях, образуя более равномерную структуру.
В модели влияние суперпластификатора (меламинсульфонафт - МСФ) учитывалось изменением - потенциала цемента по данным [96]. В результате потенциальная кривая взаимодействия цементных частиц в смеси «цемент- вода» имеет другой вид (рис. 40, а), из которого видно, что в системе преобладают силы отталкивания. В конечном итоге это способствует формированию структуры капиллярных пор с лучшими показателями. Применение 1% пластификатора меламинсульфонафта (МСФ) в 1.5 раза увеличивает содержание мелких пор (менее 1 мкм) и уменьшает долю крупных пор, по сравнению с составом без добавки (рис. 40, б).
Так как влияние водоцементного отношения, суперпластификатора [5-7] и дисперсности цемента на свойства цементного камня и бетона изучены достаточно подробно, и модель правильно, в рамках классических представлений, реагирует на изменение указанных факторов, то влияние температуры нам не удалось подтвердить из литературных источников. В работе было выполнено исследование влияния температуры начального периода выдерживания на поровую структуру и свойства цементного камня.
Открытая пористость образцов определялась по методикам [30 - 32].
Характер изменения открытой пористости образцов (цемент ПЦ М500) имеет прямую зависимость от В/Ц отношения: при всех исследуемых температурах с его ростом пористость увеличивается (рис. 41, а). Влияние температуры сказывается незначительно. Кроме водоцементного отношения 0.4, изменение температуры от 20 до 80 С не вызывает сколько-нибудь существенного изменения общей открытой пористости, определяемой по водопо-глощению. В отличие от открытой, общая капиллярная пористость (рис. 41, б), определенная по изображениям РЭМ (диапазон от 0.5 до 10 мкм), реаги рует на изменение водоцементного отношения и температуры по другому. На водоцементном отношении 0.25 и 0.3 она увеличивается с ростом температуры, на В/Ц=0.4 она изменяется незначительно. Результаты приведены для портландцемента ПІД М500. а)Влияние водоцементного отношения и температуры на пористость цементногокамня (цемент Топки ПІД М500): а) - общая открытая по 103 ристость, б) - капиллярная пористость определенная на растровом электронном микроскопе.
Экспериментальные гистограммы распределения капиллярных пор в зависимости от температуры раннего периода твердения показаны на рисунке 42.
Как и в модельной структуре, повышение температуры приводит к увеличению количества мелких пор в большей степени на марке портландцемента ПЦ М400-Д20, чем на ПЦ М500. Различие в количестве пор сравниваемых графиков связано с отличием площадей модельной структуры и экспериментальной. Но относительно влияния температуры на каждую марку цемента дифференциальные кривые сравнивать можно (рис. 36, 37).
Экспериментальные значения среднего размера капиллярных пор показали, что температура раннего периода увеличивает их размер (рис. 43) в большей степени при В/Ц = 0,25 - на 17 % (ПЦ М500), чем при В/Ц = 0,3 -1,16 %. Влияние температуры на средний размер капиллярных пор при В/Ц=0,4 имеет более сложный характер с минимальным значением при 60С.
Зависимость показателя среднего размера открытых капиллярных пор и показателя однородности их размеров, определенных по ГОСТ 12730.4-78, от температуры раннего периода твердения, показаны на рис. 44. Сравнивая рис. 43 и рис. 44 можно сделать вывод, что стандартная методика в большей степени оценивает интегральные, чем дифференциальные показатели пористости. Основанная на представлении капилляров в виде цилиндрических трубок, она не позволяет с достаточной точностью определить показатели диапазона капиллярных пор.
