Теории карбонизационной усадки бетона

Известно несколько различных теоретических представлений о механизме карбонизационной усадки, которые в целом не согласуются друг с другом; однако три из них — Пауэрса, Рамачандрана—Фельдмана и Свенсона—Середы — находятся в лучшем соответствии с опытными данными, чем другие, и поэтому считаются более предпочтительными.

Гипотеза Пауэрса. Наблюдаемое увеличение сжимаемости гидратированного портландцемента Пауэре обусловливает растворением кристаллов гидроксида кальция, когда последний находится под капиллярным давлением, вызванным эффектом менисков в матрице С S- -Н-фазы при 50 %-ной относительной влажности воздуха.

Карбонат кальция осаждается в тех местах, которые не находятся под давлением. Ионы кальция из С -S- -Н реагируют с СОо юнохимнчески, поэтому карбонизация С- S И не приводит к усадке, поскольку не происходит растворения этой фазы. Хотя Са (ОН)2 при высокой влажности растворяется, кристаллы гидроксида кальця не сжаты матрицей С—S—Н, так как сжимающий эффект, обусловленный наличием менисков, пренебрежимо мал; соответственно величина усадки минимальна. При низкой относительной влажности растворяется незначительное количество Са(ОН)2 и, следовательно, ничтожно мала карбонизационная усадка материала.

Кристаллы карбоната кальция сдерживают развитие влажностной усадки, обусловленной удалением влаги, когда образцам дают высохнуть после карбонизации. Поскольку карбонат кальция менее сжимаем и имеет меньшую плотность, чем Са(ОН)2, его образование сопряжено с некоторым снижением влажностной усадки образцов.

Гипотеза Рамачандрана—Фельдмана. Эти авторы считают, что в начальный период времени карбонизационная усадка одного Са,Н0, вызван попаданием воды в эти пустоты. В отличие от представлении Пауэрса, согласно которым сжимающие силы при усадке связаны с появлением менисков, для схемы Рамачандрана— Фельдмана мениски не обязательны, так как к усадке при карбонизации могут привести молекулярные силы Ваи-дер-Ваальса.

Авторы предположили также, что участие С—S— Н-фазы в карбонизационной усадке включает полимеризацию кремнезема, аналогичную той, которая была описана Ленцем.

Гипотеза Свенсона—Середы. Свенсон и Середа исходят из того, что карбонизационная усадка — результат

осуществления последовательного ряда циклов. Каждый из этих циклов, в свою очередь, состоит из двух полу циклов: увлажнения и высушивания.

Локальное образование влаги, обусловленное описанной ранее реакцией карбонизации Са (ОН)2, представляет собой первую (влажностную) половину цикла; его вторую половину (высушивание) обеспечивают относительно непроницаемые пленки карбоната кальция, экранирующие Са(OH)s и поэтому тормозящие процесс его карбонизации; в результате появляется возможность удаления накопившейся влаги в атмосферу. Разрушение экранирующих пленок при высушивании приводит к дальнейшему протеканию реакции карбонизации Са(ОН)2 и. т. д.

Таким образом, механизм усадки заключается в растворении Са2 подтверждают, что при действии С02 на С—S—Н имеет место также полимеризация кремнезема.

Все изложенное ранее может быть резюмировано следующим образом: карбонизационная усадка гидратированного портландцемента — результат как физических, так и химических процессов. Нестабильность С—S—Н-фазы обусловлена несколькими причинами образованием неупорядоченных плохо закристаллизованных продуктов, часто в образцах с невысокой пористостью и значительной напряженностью структур в точках их кристаллизационных

контактов. При их разрушении высвобождается потенциальная энергия. Существенны также дефектность цепочек из SiOj-тетраэдров и их полимеризация. Эти процессы, развивающиеся во времени, приводят к усадке капиллярно-пористых систем.

Значительная усадка при карбонизации С—S—Н-фазы свидетельствует о той важной роли, которую играет в ней СО, связанный с С—S—Н. Разрушение С—S—Н в присутствии влаги и Са02 лежит, таким образом, в основе процесса, приводящего к большой усадке. Однако выщелачивание гидроксида кальция из насыщенных водой цементных паст не вызывает усадочных деформаций.

Значительные деформации усадки в уплотненном гидроксиде кальция, в точках их контакта друг с другом, проявляется в тем большей степени, чем выше их растворимость в среде, содержащей С02.

Было постулировано, что молекулы воды, которые могут в отсутствие С02 уменьшить усилия, вызванные усадкой, не в состоянии выполнить эти же функции в присутствии С02. Стабилизация силикатов кальция обеспечивается при развитии процесса ползучести, циклическом насыщении водой и высушивании, а также при автоклавировании, модифицирующих и стабилизирующих микроструктуру. Прослеживается аналогия между тем, что происходит в С S -Н-фазе, изменением микроструктуры и возрастанием стабильности керамики, что обеспечивается ее высокотемпературным спеканием.