Твердения портландцемента

ПОВЕРХНОСТНАЯ ОСНОВА ГИДРАТАЦИОННОГО

МЕХАНИЗМ ТВЕРДЕНИЯ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Какая же все-таки схема, сквозьрастворная, топохимическая или их сочетание определяют гидратацию цементных минералов, формирование и упрочнение структуры цементного камня и бетонов? Несмотря на огромный, даже сложно поддающийся оценке объем научно-исследовательских работ в области твердения цементных бетонов и предлагаемых механизмов процесса, до сих пор отсутствует единая, всех устраивающая и все объясняющая теоретическая концепция.

Рассматриваемый процесс – комплекс одновременно протекающих, взаимосвязанных и накладывающихся друг на друга свойств и явлений, что делает, практически, невозможным идентификацию элементарных гидратационных актов и оценку их индивидуальной роли в химическом взаимодействии реагентов и отвердевании цементной системы. В то же время, есть один неоспоримый момент, определяющий все возможные дальнейшие (растворительные, гидролизные, химические, конденсационные, кристаллизационные и др.) преобразования – это момент контакта поверхности цементных частиц с высокоорганизованной жидкой средой. Следовательно, прежде чем рассматривать вероятность тех или иных вторичных и зависимых последующих стадий, явлений и процессов, необходимо уточнить возможное «конструктивное устройство» формирующейся на границе раздела фаз «клинкерное зерно – вода» энергетической композиции? И чем достовернее данное уточнение, тем более объективным и всесторонним будет логическая трактовка дальнейшего развития процесса.

Показано, что особенностью структуры силикатов кальция является наличие неравномерной электронной плотности на Si-O-Ca-cвязи, вследствие чего кислородные атомы образуют неравноценные связи – ковалентные с атомами кремния и более ионные – с кальцием (≡Si-O―Ca―O-Si≡). Данный аспект находит широкое подтверждение в экспериментально-теоретических исследованиях на протяжении многих десятилетий.

Другой химически активный компонент – вода, структуре и свойствам которой обычно не уделяется должного внимания, рассматривается, как некая вспомогательная среда, в которой осуществляются растворительные, химические, кристаллизационные и прочие явления. Между тем, молекулы воды – достаточно «эластичные» и чрезвычайно чувствительные объекты. Посредством водородных связей диполи создают временные межмолекулярные энергетические структуры (рис.2.1), так называемые «кластеры» или «мерцающие группы» типа (Н₂О)_n.

Таким образом, в основе (первопричиной) взаимодействия гетерогенной системы «цемент – вода», несомненно, лежат силы электростатической природы. Под действием электромагнитного поля поверхностных элементов кристаллической решетки цементных минералов происходит мгновенное перераспределение высокоорганизованных диполей на границе раздела фаз, определенная их ориентация, создание своеобразной энергетической структуры (цементной «мицеллы» по Г.Н.Сиверцеву), коренным образом влияющей на дальнейшее развитие гидратационного процесса.

Рис.2.1. Структура реальной ассоциированной воды:

1 – водород; 2 – химическая связь; 3 – кислород; 4 – водородная связь

«Конструктивное устройство» двойного слоя имеет решающее значение для представления дальнейшего развития процесса. Анализ работ в области адсорбционных явлений, структуры и свойств граничных слоев воды позволил заключить, что на границе раздела фаз «поверхность цементного зерна – вода» формируется неравновесный пористый ДЭС (рис.2.2). Избыток нескомпенсированного заряда под дипольными сводами, динамизм и метастабильность полимолекулярного комплекса приводят к его последующему развитию – постепенному ослаблению и разрушению водородных связей, концентрации диполей у адсорбционных центров.

Рис.2.2. Схема строения и динамики развития полимолекулярного

двойного электрического слоя цементной системы:

1 – клинкерное зерно; 2 – активный центр; 3 – «свод» диполей;

4 - адсорбционный центр; 5 – диполь; 6 – водородная связь

Дата добавления: 2014-01-05