Строение цементного камня

Несмотря на значительный объем исследовательских работ с использованием различных «тонких» методов испытаний в области изучения структуры и свойств цементного композита, до сих пор нет однозначного и исчерпывающего описания строения цементного камня. Что же это за объект – искусственно полученный камень: аморфный продукт, кристаллический сросток или (как сейчас популярно) некое оптимальное соотношение кристаллической и гелевидной фаз? И если последний аспект соответствует реальности, то в чем выражается это «оптимальное соотношение», какие следует использовать технологические приемы и режимы для достижения этой оптимальности и получения продукции с предельно возможными свойствами и надежностью при минимальных затратах?

В свое время В.Н.Юнгом [192] был предложен достаточно точный термин для характеристики строения цементного камня – «микробетон». По мнению автора, «предлагаемый термин является характеристикой и определением затвердевшей массы цемента как неоднородной массы, содержащей даже через ряд лет многочисленные зерна клинкера, уже переставшие играть активную роль в твердении и разнообразные кристаллы». И в несколько детализированном виде: «в результате твердения получается иной, новый конгломерат совершенно другой структуры, названный нами «микробетоном» и состоящий из коллоидальной, а затем кристаллизующейся массы гидратных соединений, а также многочисленных включений, представленных, главным образом, негидратированными до конца зернами вяжущего и введенных добавок». Из пояснения сути предлагаемого термина можно выделить следующие моменты:

1) коллоидальный (аморфный) вид твердеющего цементного камня рассматривается как некоторое временное, промежуточное структурное состояние, превращающееся со временем в упорядоченную и стабильную кристаллическую модификацию;

2) негидратированным до конца клинкерным зернам придается явно негативный оттенок, как нежелательным включениям, переставшим «играть активную роль в твердении»;

3) повышение активной роли цементных частиц и получение предельно возможных результатов связывается с использованием всех имеющихся средства для разложения негидратированных объемов на составляющие и их превращения в гидратированные соединения;

4) внутренние химически неиспользованные объемы зерен вяжущего сохраняются в затвердевшем продукте неопределенно продолжительное время (во всяком случае, не менее ряда лет).

Сформулированные тезисы считаются вполне обоснованными, не вызывающими вопросов и не требующих особых уточнений. К примеру, и сейчас популярно мнение, что твердение цементных композиций осуществляется путем растворения (гидролиза) клинкерных минералов, постепенного проникновения гидратационного фронта вглубь зерен вяжущего, пересыщения жидкой фазы гидратными продуктами, формирования и упрочнения кристаллогидратного комплекса (при этом не исключается твердофазовый процесс, которому, тем не менее, придается сопутствующее значение). Технологическим совершенством, в связи с этим, считается максимальное использование потенциальных возможностей, «клинкерного фонда» портландцемента, предусматривая при этом предельное превращение безводных цементных минералов в гидратные продукты. Но, так ли это? Вопрос далеко не праздный, имеет существенное теоретическое и практическое значение, поскольку его уточнение позволит не только создать надежную научную базу в бетоноведении, но и организовать действительно «направленное», осмысленное производство сборного и монолитного бетона и железобетона с предельно возможными свойствами, надежностью и долговечностью.

Между тем, многочисленные известные и полученные в последнее время автором [278-283] экспериментальные данные свидетельствуют о правомерности не кристаллизационного, а именно поверхностного механизма гидратационного твердения цемента:

1)при смешивании цементных минералов с водой на границе раздела фаз мгновенно формируется полимолекулярный двойной электрический слой, неравновесность которого обусловлена «доменной», пористой конструкцией (рис.2.2), вызванной локальным (избирательным) характером адсорбции кластеров гидрофильной поверхностью подложки, что обосновывается не только теоретическими расчетами [284], но и экспериментальным путем [246]. Высокая энергия взаимодействия диполей с активными поверхностными центрами клинкерных частиц определяет то обстоятельство, что молекулы воды в адсорбционных зонах обладают свойствами не жидкости, а, скорее, твердого вещества. Этим и объясняется формирование на поверхности клинкерных минералов при соприкосновении с водой своеобразных «бугорков роста» [69] (рис.2.4), являющихся сгустками прочносвязанных друг с другом и поверхностью клинкерного зерна молекул воды;

2) последующее развитие межфазной энергетической композиции (аккумулирование собственной энергии) приводит к ее распаду (разрушению молекулярных связей твердой фазы и воды), химическому взаимодействию реагентов, образованию гидрата в виде локальных аморфных скоплений покрывающих поверхность клинкерных частиц. Подобное развитие процесса также подтверждается микроскопическими исследованиями, показавшими последовательное увеличение количества и размера упомянутых «бугорков роста», их срастание и превращение в плоские чешуйки, соединяющие цементные зерна в единое целое [69];

3) уместно вспомнить еще одно явление, сопровождающее твердение цементных систем – развитие вакуума, обнаруженного в середине прошлого столетия [268], которому обычно не уделяется должного внимания, несмотря на то, что вакуум – «движущая сила» структурообразующих преобразований. Периодическое разрушение межфазных полимолекулярных композиций (контракционный эффект), потребление активными поверхностными центрами клинкерных зерен порций диполей определяют появление в межзерновых пустотах вакуума, самоорганизующего гидратирующиеся зерна, уплотняющего их контактные зоны, формирующего и упрочняющего цементный камень и бетон;

4) гидратация силикатов кальция сопровождается избирательным («инконгруентным») растворением, с преимущественным выходом в жидкую фазу ионов Са²⁺ и их «гашением» (чем и определяется экзотермия процесса). Основная же масса гидролизных «остатков» (анионов (SiO₄)^4–), прочно удерживаемая электростатическими связями элементов твердого вещества, остается на поверхности клинкерного зерна [82, 187], связывается с продуктами распада молекул воды (ОН^-, Н₃О⁺), образуя водонепроницаемый барьер, в связи с чем проникновение гидратационного фронта вглубь плотного тела клинкерного зерна маловероятно;

5) только с поверхностных представлений объяснима цикличность химического взаимодействия реагентов и структурообразования цементных систем, обусловленная стадийным формированием в межфазной зоне промежуточных неравновесных энергетических структур (рис.2.2), с их развитием и распадом. Данный аспект находится в полном соответствии с базовым положением химической кинетики гетерогенных реакций, согласно которому образованию продукта реакции предшествует формирование на границе раздела фаз и развитие временных активированных энергетических комплексов «с более высоким энергетическим уровнем, по сравнению с начальным и конечным состоянием системы» [269];

6) взаимодействие цементных минералов с водой осуществляется в плотной области ДЭС (обведено на рис.2.2), в связи с чем, водоцементный фактор (заполнители) не оказывают влияния на качественный ход процесса. Это выражается в том, что характерные переломные («сингулярные») точки кинетических кривых ряда свойств, твердеющего при конкретных температурных условиях цементного материала (пластической прочности, электрического сопротивления, тепловыделения и др.), наступают синхронно, в одно и то же время в тесте, растворных и бетонных смесях, т.е. являются постоянной характеристикой конкретного портландцемента [285-287];

7) электронно-микроскопические исследования проводят на сколах цементных образцов. При их получении разрушение происходит по ослабленным структурным участкам: межзерновым пустотам, капиллярам, воздушным порам, микротрещинам. В связи с этим, следует проявлять осторожность при оперировании подобными электронно-микроскопическими «аргументами» и получаемые картинки (например, строение отдельных участков традиционно изготовленного камня из теста с повышенным В/Ц, рис.1.4) вряд ли обоснованно ассоциировать со строением цементного камня в целом. Это – морфология его дефектных структурных зон. Учитывая неоднородность затвердевшего материала, подобным образом можно получить результаты «на любой вкус и цвет», «подтверждающие» или «опровергающие» те или иные теоретические позиции. Как следствие, легко обнаруживаемые микроскопическим методом кристаллогидратные скопления указывают на их сомнительную благовидную роль в «синтезе прочности» бетонов.

Если же изготовить образец камня, в котором прочность гидратированных клинкерных зерен окажется ниже прочности их контактных участков (например, прессованием теста с В/Ц=0, 2), то разрушение произойдет по цементным зернам и взору предстанет совершенно иная картина строения затвердевшего материала (рис.2.6), в котором сложно рассмотреть пресловутые кристаллизационные каркас или сросток. Цементный камень – «микробетон», состоящий из «неразложившихся» клинкерных зерен (играющих не негативную, а основополагающую роль «крупного заполнителя»), аморфных «клеевых» гидратных прослоек, межзерновых пустот, капилляров, пор различных форм и размеров;

8) «исследования процессов гидратации цементов под микроскопом показали, что взаимодействие цементных зерен с водой происходит без распада цементных зерен на мелкие частицы…» [77], т.е. это взаимодействие осуществляется при отсутствии «адсорбционного диспергирования» частиц вяжущего, размеры которых неизменны на всем протяжении твердения цементного композита и этот момент однозначно фиксируется экспериментальным путем. На рис.2.6 представлено строение цементного камня в трехмесячном возрасте; какие же изменения произошли спустя 31 год его выдерживания в обычных условиях (рис.2.7)? Те же огромные негидратированные внутренние массивы клинкерных зерен, незначительной (доли микрона) толщины гидратные оболочки (обведены на рисунках), рентгенофазовый анализ (рис.2.8), мало отличающийся от исходного цемента;

вяжущего; 2 – гидратная оболочка; 3 – межзерновая пустота

Рис.2.7. Общий вид строения (а) и отдельные участки (б-г) цементного камня

31-летнего возраста(JEOL JSM-25S, обозначения те же, что и на рис.2.6)

Рис.2.8. Рентгенограмма прессованного образца из цементного камня

31-летнего возраста (В/Ц=0, 2)

9) информативны опыты с многократным затворением цемента [288]. Из теста на новороссийском ПЦ500-Д0 с В/Ц=0, 22 и 0, 28 стандартным методом изготавливали образцы-балочки (4х4х16 см.), которые твердели в обычных условиях и при пропаривании. После отвердевания определяли прочностные свойства образцов, затем камень дробили, высушивали до постоянной массы при температуре 100±2^оС, измельчали в лабораторной шаровой мельнице в течение шести часов, на основе полученного вяжущего изготавливали очередные образцы, с которыми в дальнейшем производили те же операции. Подобным образом было выполнено шесть затворений (в каждом из опытов использовали равноподвижные с эталоном составы). В таблице 2.1 и на рис.2.9 даны характеристики цементных составов и результаты испытания образцов, анализируя которые следует отметить:

- после первого и второго затворений заметно повысилась водопотребность вяжущего, что потребовало увеличения расхода воды для получения эталонной пластичности теста (в дальнейшем необходимая консистенция обеспечивалась при постоянном значении В/Ц);

- ожидалось, что последовательное «исчерпание клинкерного фонда» приведет к закономерному снижению прочностных показателей при каждом очередном затворении вплоть до «нулевого» значения, однако снижение прочности имеет место после первых трех затворений в дальнейшем же отличие показателей незначимо (особенно наглядно это явление просматривается в образцах с естественным твердением);

- хотя составы сложно сопоставимы в части исходного В/Ц, тем не менее, после третьего затворения прочность при сжатии пропариваемых образцов оказалась не в разы, а более чем на порядок ниже аналогичных показателей обычно твердевших;

- после пятого и шестого затворений отвердевания вяжущего, приготовленного на основе пропаренных образцов, как такового, не происходило (после прогрева образцы были «сырыми», повышенной влажности и разрушались от ничтожной нагрузки).

Таблица 2.1

Водосодержание цементных составов и прочностные свойства образцов

после многократного затворения вяжущего

Примечания: 1) образцы «нормального» твердения испытывали в 28-суточном возрасте, пропаренных (суточное предварительное выдерживание и 16-часовой прогрев) – после двухчасового остывания;

2) показатели представлены с доверительным 95%-ным интервалом.

Рис.2.9. Влияние многократного затворения вяжущего на

прочностные свойства цементного камня

Полученные результаты поясняются следующим образом:

- последовательные гидратационные процессы уменьшают количество поверхностных активных центров клинкерных зерен после их механической обработки, причем это особенно ярко проявляется на начальном этапе, что снижает пластифицирующий эффект поляризующимися цементными частицами при их соприкосновении с водой и требует повышения количества воды затворения для получения эталонной пластичности;

- постоянные температурно-влажностный режим твердения камня и параметры механической обработки гидратированного продукта способствуют получению вяжущего со сравнительно стабильными энергетическими свойствами поверхности, что и определяют неизменность последующей водопотребности и приобретение затвердевшим материалом близких прочностных показателей;

- при обычных температурных условиях твердения малоактивная ассоциированная жидкая среда обеспечивает затвердевшим клинкерным зернам достаточное количество «остаточных центров», которые (наряду с обнажаемыми при помоле) активно участвуют в гидратационном и структурообразующих процессах и приобретении затвердевшим материалом достаточно солидных прочностных показателей;

- тепловая активизация диполей (пропаривание) приводит к более полному электрохимическому преобразованию цементных минералов, повышенной степени поверхностной гидратации частиц, как следствие – пониженной прочности получаемого цементного камня;

10) после пятого (тем более, шестого) затворений многократно гидратируемого и пропариваемого вяжущего отвердевание полностью прекратилось, т.е. произошла 100-процентная гидратация вяжущего, что подтверждается его рентгенофазовым анализом – отсутствием дифракционных отражений, соответствующих силикатной части клинкера (рис.2.10). С традиционных позиций следовало ожидать полного растворения («разложения») цементных зерен. Однако электронномикроскопический анализ скола отпрессованного из семикратно гидратированного вяжущего образца показал отсутствие растворительных процессов – полностью гидратированные зерна благополучно существуют с первозданными «габаритными» размерами (рис.2.11).

Значительный интерес представляет просмотр внутреннего строения полностью гидратированного клинкерного зерна. Этот аспект реализован на рис.2.12 – в плоскости скола отмечены разрушенные гидратированные клинкерные частицы с огромными внутренними химически не использованными объемами (рис.2.13). Строение данного образца мало чем отличается от ранее представленного (рис.2.7, «а»).

Рис.2.10. Рентгенограмма прессованного образца на основе семикратно

гидратированного и пропаренного вяжущего (В/Ц=0, 3)

Рис.2.11. Отдельные участки структуры прессованного камня на основе

семикратно гидратированного и пропаренного портландцемента

(JEOL JSM-25S, 2000…3000х): 1 – поверхностно гидратированные

клинкерные зерна; 2 – гидратный продукт

Рис.2.12. Общий вид строения прессованного цементного камня на

основе семикратно гидратированного и пропаренного цемента

(Qvartz 200; 1000х)

Рис.2.13. Общий вид разрушенных гидратированных

клинкерных зерен (Qvartz 200; 5000х)

Гидратация цементных минералов локализована на границе раздела фаз, протекает в плотной области двойного электрического слоя путем стадийного формирования в межфазной зоне промежуточных неравновесных энергетических комплексов с их развитием (аккумулированием внутренней энергии), достижением критического уровня и распадом (химическим взаимодействием реагентов). В начальной стадии твердения (до максимума тепловыделения) гидратационные акты протекают через близкие временные (индукционные) интервалы. По мере гидратации активных поверхностных центров цементных зерен, снижения их энергии, уменьшения в системе активных диполей, продолжительность индукционных интервалов закономерно увеличивается. Сопровождающий процесс вакуум обеспечивает самоорганизацию цементных частиц до появления контактов посредством аморфных гидратных продуктов с последующим уплотнением и упрочнением контактных зон. Затвердевший цементный камень – не пресловутый кристаллический и тому подобный «сросток», а «микробетон» - искусственный конгломерат, состоящий из поверхностно гидратированных клинкерных частиц, соединенных в единое целое аморфными гидросиликатными прослойками.

Не полностью гидратированные цементные зерна – отнюдь не негативный аспект, а фактор, определяющий физико-технические свойства цементного камня и бетонов. Являясь своеобразным «крупным заполнителем» микробетона, поверхностно гидратированные частицы воспринимают силовые и прочие нагрузки, определяя, тем самым, несущую способность бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Данное положение находит прямое подтверждение в многочисленных работах по оптимизации гранулометрического состава цемента [98, 289, 290]. Для обычного (тяжелого) бетона важна плотная упаковка крупного и мелкого заполнителей, что достигается специальным подбором их фракционного состава. Не менее важен этот аспект и для микробетона – наиболее прочным, «плотным камень будет в случае полидисперсного состава цементного порошка» [139].

Поверхностность и стадийность гидратационного процесса определяют то обстоятельство, что по мере гидратации активных центров, снижения поверхностной энергии клинкерных зерен, уменьшения в системе активных диполей, продолжительность индукционных (подготовительных) интервалов закономерно увеличивается, через сутки твердения исчисляется часами, месяцы – сутками, годы – месяцами, десятилетия – годами. Отличительной особенностью затвердевшего клинкерного зерна является наличие на его гидратированной поверхности локально рассредоточенных динамически равновесных структур «остаточные активные центры – адсорбированные кластеры» (рис.2.14) [282, 283], которые могут сохраняться в бетоне (железобетоне) неопределенно продолжительное время.

Рис.2.14. Схема строения затвердевшего цементного зерна:

1 – гидратный продукт; 2 – адсорбционный слой диполей; 3 – дипольный

свод; 4 – остаточный активный центр; 5 – негидратированный объем зерна;

6 – адсорбционный центр

Последний момент заслуживает особого внимания. На рис.2.15 представлен фрагмент трехмесячного гидратированного клинкерного зерна (рис.2.6), включающего следующие элементы:

1 – новообразования неупорядоченного строения, покрывающие удаленные поверхности цементной частицы;

2 – химически не использованный внутренный объем зерна, полученный вырывом клинкерного массива при получении скола;

3 – фронтальную гидратированную плоскость зерна.

Рис.2.15. Фрагмент поверхности гидратированного клинкерного зерна:

1 – гидратный продукт; 2 – негидратированный массив; 3 – гидратная оболочка

Гидросиликатные продукты (рис.2.15, 1) являются «клеевым» компонентом, соединяющем в единое целое клинкерные зерна в процессе их стадийной самоорганизации. Внутренняя часть зерна (2) имеет «гладкую поверхность» [69], что отчетливо фиксируется экспериментальным путем (рис.2.7). Покрывающий фронтальную поверхность цементной частицы слой гидратного продукта (3) механически не нарушен, о чем свидетельствует отсутствие видимых повреждений, завершенность строения и форм его структурных элементов (например, заоваленность многочисленных пор). По всей вероятности, данный участок клинкерного зерна в процессе отвердевания контактировал с капилляром, порой или межзерновой пустотой.

Морфология фронтального гидратированного слоя напоминает ячеистую структуру, включающую относительно равномерное распределение пор с размером от десятых долей микрона и менее. Динамику формирования «ячеистой» гидратной пленки можно проследить в результате описания ранее упомянутой особенности взаимодействия свежего скола клинкера C₃S с водой [69]. Количество и размеры мгновенно появляющихся «бугорков роста» с возрастом гидратации увеличиваются, соединяются между собой, превращаясь в плоские чешуйки и «скопления самых неожиданных конфигураций». На поздних этапах «твердения появляются отдельные сросшиеся гидратированные зерна». И хотя отмеченные «бугорки роста» рассматриваются авторами в качестве зародышей предстоящих кристаллогидратных фаз, «которые быстро приобретают форму чешуек…» и т.д., тем не менее, представленное описание процесса – исчерпывающая картина именно поверхностного характера отвердевания цементной системы.

Последовательный электроповерхностный процесс приводит к стадийному химизму реагентов, постепенному заполнению поверхности цементных зерен гидратом, разрастанию «бугорков», их механическому взаимодействию с выдавливанием в поровое пространство части аморфных образований в виде «чешуек» и скоплений «самых неожиданных конфигураций». Со временем поверхностная энергия клинкерных зерен снижается, уменьшается в системе количество активных диполей, продолжительность подготовительных индукционных интервалов увеличивается и, в итоге, наряду с гидросиликатом формируются динамически равновесные структуры «остаточные активные центры – адсорбционный слой воды». Таким образом, отчетливо просматривающиеся на гидратированной поверхности клинкерного зерна сравнительно равномерно распределенные ячейки (рис.2.15) и есть не что иное, как каналы в массе новообразований остаточных негидратированных зон. В сколе микробетона с разрушенными межзерновыми связями эти каналы легко обнаруживаются в виде многочисленных цилиндрических полостей в гидросиликатной массе с рваными «чешуйчатыми» краями (рис.2.16, А, Б) или каналов в разрушенной экранной гидратной оболочке (В) [77]. Подобные структуры достаточно широко представлены в научно-технической печати [291, 292и мн. др.], однако при их анализе основное внимание уделяется листоподобным (чешуйчатым, пластинчатым) новообразованиям (бесспорно, играющим определенную роль в формировании свойств конечного продукта) и не учитывается не менее важный аспект – полости и каналы, соединяющие негидратированные поверхности с внешней средой.

Рис.2.16. Фрагменты поверхности гидратированных клинкерных зерен

Затвердевший цементный бетон и железобетон, в отличие от многих стабильных структур (керамики, природных каменных материалов) – далеко не безобидные, с «навеки данными» свойствами продукты. Основная опасность и непредсказуемость последствий заключается в «не полностью разложившихся клинкерных зернах», которые при определенном стечении обстоятельств способны «разлагаться» в любой возрастной стадии. И основная роль в столь неопределенном состоянии дел принадлежит остаточным негидратированным зонам, которые образно можно назвать «минами замедленного действия». Непрекращающийся естественный адсорбционный процесс (накопление системой собственной энергии) приводит к гидратации минералов на поздних этапах в условиях сложившейся структуры микробетона. Вновь образующийся продукт, увеличиваясь в объеме, является источником внутренних напряжений, приводящих к временному ослаблению связей между клинкерными зернами, деструкции бетона в целом. В то же время, появляющиеся дополнительные порции гидросиликатного клея «залечивают» микродефекты, повышают тем самым плотность и прочность материала. Данный процесс – объективен, закономерен и бесконечен, чем и определяются «пилообразный» (волнообразный) рост прочности бетона в стадии интенсивного твердения, сбросы прочности спустя месяцы, годы и десятилетия.

При обычных условиях отмеченная деструкция протекает, как правило, без особых негативных последствий для твердеющего или эксплуатируемого бетона, ввиду неравномерно протекающих на клинкерных зернах гидратационных явлений. Однако многие внешние (тепловые, электромагнитные, ультразвуковые, вибрационные, динамические, силовые) воздействия способны активизировать адсорбционно-связанную воду и спровоцировать одновременную гидратацию минералов на подавляющем большинстве клинкерных частиц, что вряд ли будет безболезненным для бетонов в нагруженном состоянии. Данный аспект чрезвычайно актуален для несущих конструкций, в монолитном высотном производстве, при проведении бетонных работ в сейсмически опасных зонах и других областях строительства.

Ну а какую же роль играют кристаллизационные процессы, несомненно, имеющие место в отвердевании цементных систем и легко обнаруживаемые при электронной микроскопии (рис.1.4)? В процессе гидратации жидкая фаза насыщается, преимущественно, известью, в связи с чем, кристаллогидраты и представлены в основном блочными и слоистыми кристаллами портландита. Однако, в связи со стадийным разрушением структуры исходных цементных минералов, не исключен переход в жидкую среду и комплексных ионов ([SiO₄]^4-, [AlO₄]^5- и др.). Растворенные продукты взаимодействуют с водой с образованием гидрата, находящегося в молекулярно-дисперсном виде, дальнейшее состояние которого (аморфное, гелеобразное, «субмикрокристаллическое», «скрытнокристаллическое», явно кристаллическое) во многом зависит от исходного водосодержания (В/Ц) цементной системы. При незначительном количестве воды (низком В/Ц) цементные зерна будут находиться в таком положении, при котором зоны интенсивного действия их поверхностных сил будут сомкнуты. Т.е. в данном случае «свободных» межзерновых пространств, не подвергающихся их действию, практически, не будет. Молекулы новообразований притягиваются цементным зерном, осаждаются на его поверхности и кристаллизации, как таковой, в этих условиях не происходит. При значительном же разобщении цементных частиц жидкой фазой зоны проявления поверхностных сил будут удалены друг от друга, т.е. в данном случае будет иметь место наличие «свободных» микрообъемов, насыщение которых продуктами гидратации и создает условия для их кристаллизации.

Следовательно, кристаллизация гидратных новообразований – явление не обязательное в процессе структурообразования цементного камня. Оно может быть при высоких значениях В/Ц (в силу изложенных причин) и отсутствовать при низких. Этот момент объясняет, почему в образцах, изготовленных из смесей с повышенным водосодержанием, видны различные виды кристаллов, в то время как в образцах из жестких смесей кристаллические компоненты не были обнаружены даже после нескольких десятилетий твердения [73, 293]. Роль кристаллических продуктов – неоднозначна. Заполняя поры, капилляры, пустоты и другие дефектные места (рис.1.4), кристаллогидраты, вероятно, играют положительную роль, армируя и упрочняя твердеющую систему, повышая плотность и прочность затвердевшего бетона. В то же время, кристаллические продукты, формируясь в ранней стадии твердения в межзерновых пространствах в виде игольчатых и волокнистых образований, могут препятствовать качественному самоуплотнению цементных частиц, быть причиной внутренних напряжений, что, конечно же, играет негативную роль.

Для объяснения механизма процессов, протекающих при формировании и упрочнении структуры цементного камня и бетонов, следует, использовать несколько уточненную схему твердения Михаэлиса, отдельные положения которой нашли дальнейшее развитие в работах И.Н.Ахвердова, Б.С.Боброва, И.П.Выродова, В.В.Данилова, В.Ф.Журавлева, В.В.Капранова, В.Н.Кинда, Ю.С.Малинина, Л.А.Малининой, С.А.Миронова, О.П.Мчедлова-Петросяна, С.Д.Окорокова, А.В.Ушерова-Маршака, Л.Б.Сватовской, Г.Н.Сиверцева, М.А.Сорочкина, М.И.Стрелкова, М.М.Сычева, А.Е.Шейкина, С.В.Шестоперова и многих других авторов. В частности, коллоидно-химические процессы следует рассматривать в свете определяющих электроповерхностных явлений, обусловливающих стадийность гидратации цементных минералов, цикличность формирования и упрочнения структуры цементного камня.

Представленная электрохимическая схема позволяет рассмотреть в комплексе ряд явлений (термохимических, электрофизических, акустических и др.), сопровождающих гидратацию цемента и стуктурообразование микробетона, и использовать их для практических целей. Только с позиций поверхностных преобразований представится возможность разработать действительно «направленную» технологию для обеспечения предельно возможных свойств и эксплуатационной надежности цементного камня и бетонов. Этот аспект особенно актуален сейчас, учитывая то обстоятельство, что возможности портландцемента в части повышения его химической активности практически исчерпаны. Поэтому (несколько изменив высказывание авторов [294]), можно заключить, что получение высокопрочного камня на базе портландцемента в значительной мере следует связывать с технологическими приемами, обеспечивающими оптимальные условия формирования максимально плотной, стойкой и надежной структуры при гидратации и твердении цементных систем.