Влияние температуры

Высокая интенсивность нарастания прочности глиноземистого цемента является следствием его быстрой гидратации, которая в свою очередь вызывает интенсивное тепловыделение. Оно может составить 9 кал/г на 1 ч твердения, в то время как у быстротвердеющего портландцемента тепловыделение за тот же период не превышает 3,5 кал/г. Однако общее тепловыделение находится в одних и тех же пределах у обоих типов цемента.Высокая скорость тепловыделения бетона на глиноземистом цементе обусловливает необходимость укладки бетона лишь малыми объемами и не позволяет бетонировать на этом цементе массивные конструкции. Это требование является особенно важным, так как, во-первых, температурные деформации вызывают трещинообразование, что характерно также для бетонов на портландцементе, и, во-вторых, повышенная температура сама по себе отрицательно влияет на прочность глиноземистого цемента. Влияние температуры очевидно из данных табл. 2.3, где приведены значения прочности бетонов, твердевших в течение первых 24 ч при температуре 21,1 и 37,8° С и твердевших в дальнейшем при температуре 21,1° С. Эти данные подтверждают значительное снижение прочности при повышенных температурах.Твердение во влажных условиях в течение первых 24 ч может способствовать снижению роста температуры, хотя сами по себе влажные условия не являются необходимыми. Тем не менее интенсивный рост прочности в интервале б—14 ч после приготовления смеси означает, что скорость гидратации в этот период очень велика и значительное количество воды затворения вступает в химическое взаимодействие. Удовлетворительная гидратация не может быть достигнута, если вода испаряется из бетона в течение первых 18 ч, даже если бетон в дальнейшем хранится в воде. Поэтому следует предохранять бетон от испарения воды с момента его укладки. После наступления конца схватывания влаж-ностные условия твердения должны поддерживаться до возраста бетона 18—24 ч.На прочность бетона на глиноземистом цементе отрицательно влияет повышенная температура также и в позднем возрасте, если бетон хранится во влажных условиях. Это означает, что бетон, должным образом уложенный и твердевший и обладающий достаточно высокой прочностью, будет терять значительную часть своей прочности вследствие нахождения в условиях повышенной температуры и влажности.Кубический гидрат содержит меньше кристаллизационной воды, чем гексагональный. Однако возможно, что образуется С4АН19-гидрат с большим количеством кристаллизационной воды.Изменение прочности можно проследить по кривым на рис. 2.8, которые характеризуют потерю прочности цементно-песчаного раствора состава 1: 5,6 с В/Ц=0,65 в результате длительного твердения в воде при температуре 40°С. Прочность этого же раствора, твердевшего в воде при комнатной температуре, составила 520 KZCJCM2 В возрасте 3 суток и 577 кгс/см2 в возрасте 14 суток. Тот же рисунок показывает, что падение прочности происходит также при умеренно повышенных температурах, а именно 25 и 30°С. В этих испытаниях образцы помещали в условия повышенной температуры в возрасте 6 ч. Подобное воздействие было обнаружено и при хранении образцов над водой. Повышение температуры твердения в течение первых двух суток ускоряет химические реакции, повышая таким образом прочность, однако это не имеет практического значения, так как в дальнейшем прочность падает и скорость падения прочности тем больше, чем выше температура. Падение прочности может происходить в любом возрасте при повышении температуры (рис. 2.9), хотя, если температура повышается спустя 24 ч, после бетонирования, скорость снижения прочности уменьшается.Вне зависимости от скорости падения прочности бетон данного состава достигает со временем определенной остаточной прочности, т. е. прочности бетона, в цементном камне которого весь гексагональный гидроалюминат кальция уже превратился в устойчивый кубический С3АН6. Бетоны из тощих смесей характеризуются большей потерей прочности. Кратковременное нахождение бетона в условиях повышенных тем-ператур и влажности вызывает лишь небольшую потерю прочности, но это воздействие носит кумулятивный характер — если превращения уже произошли, восстановление прочности невозможно.
Исследования, проведенные недавно, показали, что превращения происходят не только при температурах, превышающих определенные критические значения, но и при обычных характерных для Англии. Скорость превращений тем меньше, чем ниже температура. При обычных температурах эти превращения очень медленные. Поэтому снижение прочности обычно наблюдается только примерно через 5 лет. В длительные сроки потеря прочности, тем не менее, довольно значительнаКак упоминалось ранее, высохший бетон не подвергается деструкции, однако если повышенная температура воздействует на образец, еще содержащий воду затворения в свободном состоянии, то скорость испарения недостаточно велика для того, чтобы предотвратить процесс перекристаллизации (деструкции) цементного камня. Это справедливо даже для образцов малого размера, так как бетон высокого качества на глиноземистом цементе недостаточно проницаем, чтобы обеспечить быстрое испарение воды.В Италии было обнаружено, что плиты аэродромных покрытий быстро разрушались под действием выхлопных самолетных газов. Известно, что сбросы прочности бетона на глиноземистом цементе наблюдаются и тогда, когда радиационное или инфракрасное излучение воздействует на влажный бетон, например сразу после его укладки.
Из сказанного следует, что за исключением бетонов с повышенным расходом цемента и высокой прочностью бетоны на глиноземистом цементе, как правило, не следует применять в конструктивных элементах. Европейский комитет по бетону рекомендует, чтобы применение глиноземистого цемента было предметом специального рассмотрения.Перекристаллизация гидроалюминатов увеличивает пористость цементного камня, поэтому сбросы прочности сопровождаются заметным уменьшением стойкости бетона к сульфатной агрессии, но, по-видимому, на стойкости к кислотной агрессии это не сказывается. Учитывая сравнительно небольшое снижение прочности бетона, приготовленного из жирных смесей, применение растворов на глиноземистом цементе для омоноличивания стыков сборных предварительно напряженных конструкций не является опасным, однако все же во многих странах использование бетона на глиноземистом цементе запрещено в целом ряде конструкций.Интересный способ предупреждения отрицательного влияния превращений гидроалюминатов предложен Будниковым. Гипс или ангидрит (CaSO4) добавляют к глиноземистому цементу в количестве 25% веса цемента. Алюминаты (СА и С5А3) взаимодействуют с гипсом с образованием C3A-3CaSO4-H3i, но так как реакция происходит до окончания схватывания смеси и стабилизации объема, образование гидросульфо-алюмината кальция не вызывает разрушительных действий (см. раздел, посвященный сульфатной агрессии). Затвердевший цемент быстро набирает прочность и достигает высокой прочности, величина которой возрастает с ростом температуры. Цемент характеризуется также высокой стойкостью к химическому воздействию сульфатов и хлоридов. Добавка гипса способствует преодолению отрицательного влияния перекристаллизации, она в действительности изменяет природу цемента: получается новый вид цемента — ангидрито-глиноземистый цемент.