Исследование влияния ультразвуковой активации воды затворения на структуру цементного камня бетона

Исследование влияния ультразвуковой активации воды затворения на структуру цементного камня бетона проводилось с помощью испытаний прочности цементного камня при сжатии и на изгиб. Испытания проводились на 28 суточных образцах, хранившихся в нормальных условиях в виде кубов размером 10х10х10 см².

Таблица 5

Физико-механические характеристики цементного камня, затворенного на активированной воде затворения

Предел прочности при сжатии

Рис. 12. Изменение предела прочности цементного камня при сжатии в зависимости от вида активации воды затворения

Для замесов использовался состав: портландцемент Михайловский М500- 2000 г; вода - 550 мл. Выдерживалась нормальная густота цементного теста по ГОСТу 310.3-76 - 27,5%.

Результаты испытаний приведены в табл. 5 и на рис. 12.

Как видно из приведенных данных активация ультразвуком воды затворения во всех случаях упрочняет структуру цементного камня и увеличивает предел прочности при сжатии. Пределы прочности на изгиб у цементных образцов на активированной воде колеблются около контрольных значений, в некоторых случаях значения становятся меньше контрольных. Это может объясняться улучшением кристаллической структуры цементного камня на активированной воде, что приводит к более хрупкому разлому при изгибе.

Для более полного исследования влияния ультразвуковой активации воды затворения на структуру цементного камня бетона проводились дериватографические исследования. Для экспериментальных замесов использовались: портландцемент Михайловский М 500, дистиллированная вода (ГОСТ 6709-72 и ИСУ № 9-1990 год. «Вода дистиллированная»)

Режимы активации воды затворения цементного камня были установлены следующие: дистиллированная активированная вода затворения в течение 30 секунд, частота 22кГц;  дистиллированная активированная вода затворения в течение 1 мин, при частоте 22кГц.

Для сравнительной оценки был произведен замес на обычной неактивированной дистиллированной воде. Для изучения характера действия активированной ультразвуком воды затворения на структурные свойства цементного камня был применен дифференциально-термический (ДТА) анализ. Дериватограммы снимались на дериватографе Q-1000 фирмы ИОМ (Венгрия). Навески испытуемых образцов после четырех месяцев хранения в нормальных условиях подвергались нагреву от 20 до 1000 °С. Полученные данные приведены на рис. 13.

Рис. 13. Дериватограммы (ДТА) цементного камня, затворенного на активированной ультразвуком воде затворения: 1 - дистиллированная неактивированная вода; 2 - дистиллированная активированная вода затворения в течение 30 cек, частота 22кГц; 3 - дистиллированная активированная вода затворения в течение 1 мин, частота 22кГц

Как видно из приведенных денных кинетика процессов в опытных образцах в интервале температур от 20 до 900°С мало чем отличается друг от друга из-за идентичности образцов по минеральному составу. Однако, по величине амплитуд соответствующих пиков, можно отметить, что интенсивность физико-химических превращений при высокотемпературном прогреве у всех образцов разная.

При нагреве до 100⁰С испаряется физически связанная вода. Анализ дериватограмм показывает, что наибольшее количества физической воды содержится в цементных образцах на неактивированной воде, что показывает на уплотнение структуры цементного камня в результате активации воды затворения. На дериватограммах виден эндотермический эффект при температуре 460-560°С, характерный для процесса дегидратации гидроокиси кальция. Появление более длительного по времени пика с эндотермическим эффектом при 720-790°С характерно для диффузных процессов. В твердой фазе, происходят полиморфные превращения двухкальцевого силиката 2СаО SiO₂ из одной формы в другую g- С₂S ® С₂S. При температуре 860-900 °С в силикатных системах атомы и атомные группы в кристаллах получают достаточную подвижность, т.е. происходит плавление, а далее - процесс перекристаллизации с экзотермическим эффектом, соответствующий переходу продукта обезвоживания в более плотные структуры. У бетона, приготовленного на воде затворения, активированной ультразвуком по режиму 2, отмечен в данном температурном интервале наиболее глубокий пик по сравнению с контрольным образцом.

Таким образом, дериватографические исследования позволили представить последовательность и интенсивность процессов, происходящих в цементном камне при высокотемпературном нагреве и зависимость этих процессов от вида и режима активации воды затворения. Наибольшее изменение массы в цементном камне показали образцы с водой, подвергшейся ультразвуковой активации в течение 30 секунд при частоте 22 кГц.