Объем продуктов гидратации.

Приближенный общий объем, который могут занять продукты гидратации, состоит из абсолютного объема сухого цемента и объема воды, необходимой для замеса. Мы будем пренебрегать небольшой потерей воды в результате выделения цементного молока на поверхости бетона и уплотнения теста в пластичном состоянии. Как было показано выше, C3S и C2S химически связывают воду в количестве соответственно примерно 24 и 21% веса этих двух силикатов; соответствующие значения для С3А и C4AF составляют 40 и 37%.

Приведенные цифры не являются абсолютно точными, так как наши знания о продуктах гидратации цемента не позволяют более определенно говорить о количестве химически связываемой ими воды. Поэтому лучше всего основываться на представлении о неиспаряемой воде, количество которой можно определить по способу, описанному в одном из последующих разделов. Это количество воды, вычисленное при определенных условиях, составляет 23% веса безводного цемента (хотя для цемента типа II это значение может снизиться до 18%).

Удельный вес продуктов гидратации цемента таков, что они занимают больший объем, чем абсолютный объем негидратированного цемента но меньший, чем суммарный объем сухого цемента и неиспаряющейся воды, примерно на 0,254 от объема последней.
Средняя величина удельного веса продуктов гидратации (включая поры в максимально возможной плотной структуре) в насыщенном водой состоянии составляет 2,16.
В качестве примера рассмотрим гидратацию 100 г цемента. Принимая удельный вес сухого цемента равным 3,15, получим абсолютный объем негидратированного цемента равным =31,8 см3. Неиспаряющаяся вода, составляет 23% веса цемента, т. е. 23 см3.

Следует отметить, что было сделано допущение, что гидратация имеет место в замкнутом объеме при отсутствии притока воды или при ее удалении из системы. Объемные изменения схематически показаны на рис. 1.4. «Уменьшение объема» на 5,9 см3 представляет пустое капиллярное пространство, распределенное по всему цементному камню.

Приведенные цифры являются лишь приблизительными, однако если общее количество воды будет меньше, чем 42 еж3, то его будет недостаточно для полной гидратации, так как гель может образовываться только тогда, когда воды достаточно и для химических реакций, и для заполнения гелевых пор.
19,0 см3 гелебая вода

Вода геля не может быть использована для гидратации еще негидратированного цемента, так как она прочно удерживается и поэтому не может перейти в капилляры.
Таким образом, когда гидратация в изолированном образце достигла такого состояния, при котором количество связанной воды составило примерно половину от исходного, дальнейший процесс прекращается. Из этого следует также, что полная гидратация в изолированном образце возможна лишь тогда, когда количество воды затворения в два раза превышает количество воды, требуемой для химической реакции, т. е. смесь имеет ?/Д = 0,5 (по весу). В действительности в приведенном примере гидратация пройдет полностью, так как она прекращается даже до того, как ка-лиллярная вода будет израсходована. Было установлено, что гидратация значительно замедляется, когда давление водяных паров падает ниже величины, составляющей 0,8 до давления насыщения.
Рассмотрим гидратацию теста, твердеющего в воде. В этом случае вода может впитываться, когда капиллярные поры частично освобождаются от воды в результате гидратации. Как показано выше, 100 г цемента (31,8 см3) при полной гидратации будут занимать объем 67,9 см3. Таким образом, чтобы не оставалось негидратированного цемента и не появлялись капиллярные поры, исходное количество воды для замеса должно составлять приблизительно (67,9—31,8) =36,1 см3.
Это соответствует В/Ц, равному 1,14 по объему или 0,36 по весу. В других работах предложено принять В/Ц равным соответственно 1,2
и 0,38.

Если фактическое В/Ц смеси с учетом водоотделения будет менее 0,38 по весу, то полная гидратация цемента невозможна, так как имеющийся объем недостаточен для размещения в нем всех продуктов гидратации. Следует напомнить, что гидратация может протекать только в воде внутри капилляров. Например, если мы имеем смесь из 100 г цемента (31,8 см3) и 30 г воды, то воды было бы достаточно для гидратации X граммов цемента, определяемых следующим образом.
Сокращение объема при гидратации (контракция) составит 0,23Х X 0,254 = 0,0585Х. Объем, занимаемый твердыми продуктами гидратации, будет — +0,23Х—0,0585Х=0,489Х. 3,15
Пористость цементного камня =0,28, и общее количество воды 0,23X + Wg = 30, отсюда Я=71,5 г = 22,1 см3 и И^=13,5 г.

Объем еще негидратированного цемента составит 31,8—(22,7+ +3,7) « 6 см3ж9 г. Другими словами, от первоначального веса цемента осталось 19% негидратированного цемента, который уже не сможет прогидратироваться, так как все доступное пространство будет занято гелем, т. е. отношение гель: пространство для цементного камня равно 1. К этому можно добавить, что содержание негидратированного цемента не оказывает вредного влияния на прочность цементного камня. Действительно, для всякого цементного камня с отношением гель: пространство * = 1 чем выше содержание негидратированного цемента (т. е. чем ниже В/Ц), тем больше прочность. Это, возможно, объясняется тем, что в таком цементном камне слои гидратированных новообразований, окружающие негидратированные зерна, более тонки.
Можно привести данные по прочности порядка 2800 кгс/см2, которые получил Абраме, используя смеси с ВЩ = 0,38 по весу. Естественно, что для получения уплотненной смеси такого состава необходимо приложить к ней значительное давление.
С другой стороны, если ВЩ выше 0,38, то может прогидратироваться весь цемент, но и капиллярные поры будут также сохранены в цементном камне. Некоторые капилляры будут содержать воду, являющуюся избыточной для смеси, другие будут впитывать воду извне. На рис. 1.5 приведены относительные объемы негидратированного цемента, продуктов гидратации и капилляров для смесей с различными ВЩ.
Как наиболее характерный пример рассмотрим гидратацию теста с В/Д = 0,475, помещенного в замкнутом объеме. Возьмем 126 г сухого цемента, который занимает объем 40 см3. Следовательно, объем воды будет: 0,475-126 = = 60 CMZ. Эти соотношения в составе смеси показаны в левой части диаграммы на рис. 1.6, но в действительности цемент и вода перемешаны и вода образует капиллярную систему между негидратированными цементными зернами. Рассмотрим состояние, когда цемент уже гидратирован полностью. Количество неиспарившейся воды будет 0,23-126 = 29 В/ц (no весу) 1 Папиллярная б од a
Продукты гидратации НегидратироВанный цемент отсюда объем гелевой воды 24 см3 и объем гидратированного цемента 85,6 см3. Таким образом, 60—(29+24) =7 см3 воды остается в тесте в качестве капиллярной воды. Кроме этого, 100—(85,6+7) =7,4 см3 занимают не заполненные водой капилляры. Если образец доступен для воды во время твердения, то эти капилляры будут заполнены поглощенной
извне водой.

Таково положение при 100%-ной гидратации, когда отношение гель: : пространство равно 0,856, что показано в правой части диаграммы рис. 1. 6. В центре этой диаграммы даны объемы различных компонентов при 50%гидратации цемента. В этом случае отношение гель: пространство равно:
— [40 + 29 (1 — 0,254) + 24]
— = 0,535.
100 — 20