Внутренние изменения материала, обусловленные гидратацией цемента
Известно, что весьма нежелательные изменения внешнего вида покрытий из цветных бетонов и растворов вызывают так называемые «высолы» на их поверхности. Эти изменения обусловлены гидратационными процессами, проходящими при затворении цемента водой и последующем твердении цементного теста.
В этой связи целесообразно напомнить основные положения теории твердения цемента и данные более поздних исследований о составе образующихся при этом гидросоединений.
По А. А. Байкову весь процесс твердения портландцемента включает три стадии:
а) растворение клинкерных составляющих с переходом в раствор Са(ОН)2;
б) образование коллоидного осадка в результате осаждения из перенасыщенного раствора малорастворимых гидратных новообразований;
в) кристаллизацию гидратных продуктов с образованием прочного сростка.
Исследования химизма твердения отдельных цементных минералов показывают, что при гидротермальной обработке формируются соединения, отличные от характерных для нормальных условий твердения. Так, известно, что в гидротермальных условиях введение в цементное тесто молотого песка позволяет связать свободную Са(ОН)2 в нерастворимые гидросоединения. Установлено также, что в этих условиях P-C2S способен вступать в реакцию с известью, отщепляющейся при гидролизе C3S с образованием более основных гидросиликатов кальция.
Имеются данные, что на фазовый состав гидратных соединений и количество выделяющейся Са(ОН)2 оказывает существенное влияние водосодержание цементного теста. Так, полное разложение C3S с переходом в раствор гидроокиси кальция и выделением кремнегеля имеет место в самых разбавленных водных растворах при концентрации Са(ОН)2 до 0,08%. От концентрации извести в жидкой фазе зависит и состав продуктов гидратации P-C2S, который при избытке воды тоже подвергается гидролизу с выделением Са(ОН)2 и формированием CSH(B). При гидратации насыщенным раствором извести в нормальных условиях твердения образует СДА, F2Hi3, которые при 298К и выше переходят в кристаллы твердого раствора СзАНб-C3FH6. При этом выделяется некоторое количество свободной Са(ОН)2 и безводной окиси железа.
Из всех клинкерных минералов только гидратация протекает без выделения Са(ОН)2 в твердую фазу — с образованием гексагональных С4АН12, переходящих в гидротермальных условиях в стабильный кубический.
На процессы выделения извести, т. е. образование «высолов» на изделии, помимо воды затворения исходного цементного теста, влияет количество влаги, проникающей в массу затвердевшего камня. Известно, что последняя слагается из конденсата, образующегося за счет диффузии пара из здания наружу и увлажнения наружной поверхности стены дождевой влагой.
В НИИСФе была сделана попытка приближенной оценки наружных ограждений по увлажнению их дождевыми осадками и разработки методики определения глубины их проникания в толщу ограждения. В этих расчетах В. И. Лукьянов и А. У. Франчук развивают ряд положений, представляющих интерес с позиций предупреждения появления «высолов», которые, как было отмечено, являются результатом миграции на поверхность стен при их высыхании извести, растворяемой дождевой влагой.
Для определения глубин проникания дождевой влаги авторы предлагают формулу:
Увлажнение наружной поверхности стены будет происходить только в том случае, если она расположена с наветренной стороны, т. е. в расчеты необходимо вводить поправку на ориентацию ветра относительно нормали к плоскости стены.
Сказанное необходимо учитывать при проектировании фасадов, отделываемых бетонными и растворимыми фактурами, путем их правильной ориентации и принятия конструктивных мер против интенсивного увлажнения осадками.
Результаты колориметрических измерений показали, что характер и степень изменения окраски образцов определяются цветовым тоном, условиями твердения и, в большей мере, минералогическим составом исходных цементов.
Так, плитки на зеленом и зелено-голубом цементах обнаруживают примерно одинаковые изменения цвета как при нормальном твердении, так и в условиях пропарки и автоклавизации, выражающиеся в некотором пожелтении (увеличении значений к). Автоклавизация дополнительно способствует некоторому их потемнению (снижению показателей р).
Иначе ведут себя образцы на основе желтых цементов, для которых характерно большое постоянство значений, хотя и они обнаруживают склонность к потемнению в условиях гидротермальной обработки, особенно заметную при повышении содержания в исходном цементе. В образцах как зеленых, так и желтых цементов более стабильным характером отличается окраска цементов белитовых составов.
Цветоустойчивость образцов из черного белитового цемента при твердении в нормальных и гидротермальных условиях оказывается примерно одинаковой. Они несколько светлеют при автоклавизации, но и в этом случае сохраняют достаточно темный цвет. Указанная специфика поведения цветных клинкерных цементов, обусловленная их цветом, минералогическим составом и условиями твердения, подтверждается и данными микроскопического анализа.
Специальные серии экспериментов проводились для определения цветоустойчивости цементного камня по отношению к атмосферным воздействиям. Она исследовалась в естественных условиях «крышным способом», ускоренным методом на везерометре и отдельно при ультрафиолетовом облучении и оценивалась путем сравнения колориметрических характеристик образцов, измеренных до и после их испытаний.
По первому способу плитки были выставлены весной на южном скате крыши лабораторного корпуса на специально изготовленном стенде. В установленные сроки они снимались со стенда, промывались водой и подвергались осмотру и определению калориметрических характеристик.
Вторая серия испытаний проводилась путем 500-часовой обработки образцов на везерометре экспериментальной базы , моделирующем действие природных факторов — влажности, солнечного света, ветра и изменения температуры.
Проверка действия длительного ультрафиолетового облучения проверялась путем 500-часового выдерживания под ртутно-кварцевой лампой ПРК-2 образцов, установленных на расстоянии 55 см от источника света.
При сравнении этих результатов с первоначальными показателями видно, что длительное выдерживание под открытым небом вызывает потемнение цвета, или снижение р. Одновременно наблюдается некоторое пожелтение плиток из зелено-голубого и зеленого цементов, выражающееся в изменении цветового тона. В плитках на основе желтых цементов в этих же условиях, при сохранении цветового тона, наблюдается даже усиление цвета, или повышение, а на основе черных — имеет место потемнение, выражающееся в снижении показателя.
Примерно такой же характер носит изменение цвета образцов после их ускоренных испытаний на везерометре. Что касается ультрафиолетового облучения, то оно в некоторой степени сказывается лишь на цвете образцов из зелено-голубого цемента, придавая ему более выраженный зеленый оттенок.
Анализ приведенных результатов и сопоставление их с данными предыдущего цикла исследований дают возможность предположить, что изменения цвета затвердевшего цементного теста, происходящие при длительном выдерживании его под открытым небом или при обработке на везерометре, обусловлены продолжающимися процессами гидратации.
Второй важной причиной чисто механического нарушения поверхности, а следовательно, и изменения окраски плиток в естественных условиях является действие пыли и содержащихся в воздухе промышленных отходов.
