С. И. ЛИННИК, канд. техн. наук (Новосибирский инженерно-строительный ин-т), Метод прогнозирования активности цемента и класса бетона
Для эффективного использования цемента необходима оперативная и достоверная информация об ожидаемой прочности цементного камня. Цементы одного вида, например портландцемента, различных заводов-изготовителей, отличаются минералогическим составом клинкера, тонкостью помола, дефектностью структуры клинкерных минералов, состоянием поверхности частиц и другими характеристиками. Эти факторы влияют на процесс твердения бетона и затрудняют оценку качества цемента.
Для прогнозирования и регулирования прочности бетона с. заданными свойствами необходимо знать фактическую активность цемента и режимы тепловлажностной обработки.
В Новосибирском инженерно-строительном институте разработай метод прогнозирования прочности цементного камня «Прогноз», позволяющий получать объективные данные о свойствах цементных материалов за 10...25 мин. Метод принципиально отличается от используемых в настоящее время по физико-химической сущности. Основу прогнозирования составляет исследование взаимодействия цемента с водой на начальных стадиях гидратации, определение характеристик этого взаимодействия и установление их корреляционной связи с прочностью цементных материалов.
В работе [1] рассмотрены параметры, которые могут при введении градуировочной функции характеризовать активность цемента. Из различных показателей достаточно тесно с нею связана лишь удельная поверхность; в этом случае коэффициент корреляции, как показало изучение 80 партий цемента, составляет 0,8. Анализ математических моделей прочности цементного камня и влияющих на нее факторов показал, что при прогнозировании прочности цементных материалов важен химический и минералогический состав цемента, прежде всего содержание в нем CsS, дисперсность цемента, нормальная густота цементного теста. При разработке методов прогнозирования необходима комплексная, суммариая оценка действия этих факторов за короткое время в исходном состоянии или непосредственно после контакта цемента с водой.
Первым актом взаимодействия цемента с водой затворения является адсорбция молекул воды на поверхности частиц цемента. Толщина образующихся в цементном тесте водных пленок при его нормальной густоте достаточно мала. Так, при ВЩ=0,3 и удельной поверхности цемента, равной 3000 см2/г, средняя толщина водных пленок на поверхности твердой фазы составляет 1 мкм. Так как фактическая удельная поверхность цемента, определенная, например, по адсорбции азота, значительно выше, а значения нормальной густоты обычно ниже 30%, средняя толщина пленок воды а цементном тесте нормальной густоты в действительности меньше. Вода, находящаяся в тонких пленках на поверхности твердых тел, по плотности, температуре замерзания, диэлектрической проницаемости и т.д. отличается от свободной объемной воды. Кроме того, свойства пленочной воды зависят от толщины образованных слоев и природы адсорбента.
Адсорбционная способность цемента определяется тем же комплексом фактов, что и механическая прочность цементного камня R. Это позволяет использовать ее при прогнозировании прочности [4]. Однако непосредственное измерение адсорбционной способности цемента затруднительно.
Диэлектрические и физические характеристики цементного теста (электрическая емкость, тангенс угла диэлектрических потерь, проводимость, водоудержнвающая способность, скорость распространения ультразвука и др.) зависят от факторов. определяющих адсорбционную способность цемента и влияющих на формирование прочности цементного камня. Измерение электрофизических свойств не представляет трудности, поэтому их можно использовать в качестве косвенных характеристик прочности (КХП) цементного камня. Так как прочность бетона правильно подобранного состава лимитируется прочностью цементного камня, то, зная режим тепловлажиостнон обработки и срок твердения, можно прогнозировать марку раствора и класс бетона.
Метод «Прогноз» реализуется следующим образом. Предварительно проводят градуировочные испытания по ГОСТ 310.4—81 для цементов, ГОСТ 5802—78 для растворов или ГОСТ 10130—78 для бетоноз и по методу «Прогнозно-градуировочная зависимость устанавливается в виде графика в осях «прочность по ГОСТ коэффициент про. позирования прочности» пли в виде уравнения регрессии.
При рабочих испытаниях цементное тесто нормальной густоты, раствор или бетонную смесь производственного состава помещают в измерительную ячейку из диэлектрика. Конструкция ячейки может быть различной и зависит от определяемой косвенной характеристики прочности. Измеряется начальное значение при 30°С (КХПг), т. е. ниже температуры десорбции воды, когда она находится в пленочном состоянии. Затем испытываемую пробу цементного материала резистивно разогревают электрическим током. Вторично значение косвенной характеристики прочности измеряют при 70 ;С (КХВД когда вода находится преимущественно в объемном состоянии. Вычисляется коэффициент прогнозирования прочности
Общий характер адсорбционных законов взаимодействия в системе «твердое тело — жидкость», частным случаем которого является система «цемент—вода», предопределяет универсальность корреляционной связи. Это позволяет получить градуировочный график для экспрессного определения активности цемента, для прогнозирования марки раствора и класса бетона в зависимости от возраста и условии твердения. Каждый потребитель может установить такие зависимости самостоятельно или использовать стандартные графики.
Метод «Прогноз» прост в исполнении, не требует сложного оборудования и дефицитных материалов. Его можно внедрять в упрощенных вариантах и с помощью выпускаемых измерительных приборов «Прогноз» — 1/3 (см. рисунок). Метод внедрен на нескольких предприятиях стройиндустрии различных регионов страны. В таблице приведены результаты прогнозирования активности цемента по данным Новгородского ДСК и Ростокинского завода ЖБК (Москва).
Для цементов Ростокинского завода ЖБК коэффициент эффективности составит 56,375, коэффициент корреляции 0,875, расчетный критерий Фишера 187,7, для цементов Новгородского ДСК соответственно 21,324; 0,908; 108,3. Табличное значение критерия Фишера 7,95= = 2,03.
Получение оперативной объективной информации о фактической активности цемента позволяет регулировать технологические процессы изготовления железобетонных изделий. Если фактическая активность цемента превышает марочную, возможна его экономия, составляющая по расчетам и опыту внедрения до 8% массы используемого цемента. Если же фактическая активность ниже марочной (лежалый, загрязненный цемент, ошибочное назначение марки), своевременная корректировка состава бетона позволяет предотвратить брак изделий по недобору прочности и сократить простои форм перед распалубкой. Метод можно использовать в АСУ технологическим процессом изготовления изделий. Экономическая эффективность прогнозирования прочности составляет 1 р. на 1 т цемента, или 0,32 р. на 1 м3 бетона. Выпущено «Руководство по прогнозированию активности цемента, марки раствора и бетона по методу «Прогноз».
Бетон и железобетон, 1987