Электродвижущая сила

Кинетику электродвижущей силы (ЭДС) твердеющих цементного теста и растворных смесей на воскресенском портландцементе определяли в текстолитовой форме (рис.2.20) с вмонтированными в противоположных стенках цилиндрическими медным и угольным электродами диаметром 15 мм (расстояние между электродами составляло 95 мм). В качестве регистрирующего прибора использовали цифровой вольтметр Ф-4202 с временем индикации – до15 с. В форму загружали и тщательно уплотняли приготовленную стандартным методом цементную смесь, поверхность закрывали диэлектрической крышкой и через каждые 5…10 мин с момента затворения цемента водой фиксировали показания прибора.

ЭДС возникает вследствие различной природы электродов, помещенных в электролит (взаимодействующую цементную систему). На величину регистрируемого напряжения данного «гальванического элемента» оказывают влияние протекающие в объеме цементного теста электрохимические процессы, явление поляризации межфазной границы электродов (изменение первоначальной структуры жидкой фазы в приэлектродном слое), электрическое сопротивление вольтметра, соединительных проводов и др. Разумеется, все эти факторы влияют определенным образом на величину ЭДС, однако в данном случае практический интерес представляет не столько количественный аспект, сколько качественный – характер изменения данного электрофизического свойства в целях выявления возможности его использования для контроля и управления структурообразующим процессом. Представляется, что протекающие в цементном тесте гидратационные и структурообразующие преобразования являются определяющими в изменении во времени величины ЭДС.

Кинетические кривые ЭДС исследованных составов на воскресенском портландцементе представлены на рис.2.22. Как и в случае с удельным электрическим сопротивлением, более «информационные» кривые получены для теста с низким значением В/Ц, и это вполне закономерно, поскольку даже самые незначительные структурно-химические изменения проявляются прежде всего в высококонцентрированной цементной системе. Кривая ЭДС теста с В/Ц=0, 26 после начального (в течение первых 30…40 мин) спада вплоть до 260…270 мин имеет «ступенчатый» вид, с характерными переломами через 80…90 и 170…180 мин с момента затворения (следует отметить отчетливый «всплеск» показателя через 180 мин для теста с В/Ц=0, 3). Протекающее в эти периоды химическое взаимодействие минералов цемента с водой приводит к насыщению жидкой фазы известью, что и вызывает резкое повышение электродвижущей силы системы.

Кривые ЭДС всех составов имеют общую, достаточно странную особенность – спустя определенный интервал времени наблюдается внезапный сброс показателей, практически, до нулевого уровня. Причем для некоторых составов имело место периодическое снижение величины ЭДС. Для цементного теста с В/Ц=0, 33, например, – через 200 и 350 мин, для растворной смеси с В/Ц=0, 5 – через 270, 360 и 450 мин с момента затворения цемента водой. На время сбросов значительное влияние оказывает количество воды затворения – при повышении В/Ц смесей это явление наблюдается в более поздние сроки. Для теста с В/Ц=0, 26 резкий спад ЭДС наблюдался через 260 мин, с В/Ц=0, 33 – через 350 мин; для растворных смесей – через 270 и 450 мин.

Рис.2.22. Кинетика электродвижущей силы твердеющих

цементного теста (а) и растворных смесей (б)

В чем же причина столь внезапного ухудшения работы данных «гальванических элементов»? Может быть, это явление – следствие кристаллизационных процессов, образования и развития кристаллической структуры (тем более, это представление достаточно логично с позиций «водоцементного фактора»)? Конечно, можно выдвигать различные предположения по этому поводу. По всей вероятности, дело заключается не в мифических метаморфозах кристалликов, а в нарушении качества контакта электродов с исследуемой вяжущей системой, вызванного стадийным «стяжением» клинкерных зерен. В начальной стадии твердения, когда смесь характеризуется высокой пластичностью, достаточным количеством воды затворения, самоуплотнение системы не сказывается заметным образом на контакте электродов с твердеющим материалом. По мере же «обезвоживания» состава, повышения его хрупкости, усадочные процессы приводят к «проскальзыванию» формирующегося микробетона относительно поверхности электродов, резкому ухудшению качества их сцепления, что и фиксируется сбросами значений ЭДС. Подтверждением реальности данного механизма является кратность времени сбросов девяноста минутам, т.е. стадийности «нормально» твердеющего портландцемента.

Кинетические кривые ЭДС достаточно полно отражают химический и структурообразующий процессы, в связи с чем, данное электрофизическое свойство может найти широкое практическое применение. «Сингулярные» точки кривых могут служить ориентирами для характеристики цементов, оценки действия различных химических добавок, назначения конкретных технологических воздействий.