Удельное электрическое сопротивление

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

При гидратационном твердении портландцемента важную роль играют протекающие в межфазной зоне электроповерхностные явления, приводящие к постоянно меняющемуся поверхностному потенциалу клинкерных частиц, определяющие, в конечном счете, стадийный характер химического взаимодействия цементных минералов с водой. Жидкая среда представляет собой электролит с постоянно меняющейся концентрацией извести. Процесс сопровождается периодическим потреблением цементными зернами воды затворения (стадийное «обезвоживание» системы), развитием в межзерновых пустотах вакуума, стяжением частиц вяжущего и структурообразующими преобразованиями. Все эти взаимосвязанные явления, несомненно, отражаются на электрофизических свойствах взаимодействующей цементной системы. Изучение кинетики некоторых из этих свойств позволит уточнить отдельные моменты структурообразующего процесса, а также выявить возможность их практического применения для назначения рациональных режимов активации твердения цементных бетонов.

Изменение во времени электрического сопротивления цементной системы может определяться известным методом «амперметр – вольтметр» в диэлектрической форме с металлическими стенками-электродами (рис.3.4). В форму укладывают и тщательно уплотняют приготовленное цементное тесто (растворную или бетонную смесь), поверхность для предотвращения обезвоживания накрывают диэлектрической крышкой, подключают в электрическую цепь, состоящую из лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа), вольтметра, амперметра, выключателя и соединительных проводов. Периодически на электроды кратковременно (на время снятия показателей приборов) подают переменный ток напряжением 24 В и регистрируют показание амперметра. Удельное электрическое сопротивление рассчитывают по формуле: ρ = U·S / I·L, ом·см,

где: U – напряжение в вольтах; S – площадь электродов в см²; I – сила тока в амперах; L – расстояние между электродами в см.

Анализируя построенные по экспериментальным данным кривые (рис.3.5), следует отметить. Количество воды затворения оказывает значительное влияние на величину электрического сопротивления цементного теста – с увеличением В/Ц повышается проводимость цементной системы. В то же время данный фактор не влияет на качественный ход процесса, о чем свидетельствует идентичный характер кривых. В начальной стадии наблюдается снижение электрического сопротивления, связанного с насыщением жидкой фазы известью, а также формированием и развитием на межфазной границе двойного электрического слоя. Последний аспект приводит к упорядочиванию диполей в граничной и диффузной зонах, что усиливает эффект поверхностной проводимости.

Развитие сформировавшейся на границе раздела фаз энергетической структуры приводит к первому химическому взаимодействию цемента с водой (приблизительно через 90 мин с момента затворения), что связано с потреблением клинкерными зернами диполей, стяжением материала, повышением вследствие этого электрического сопротивления жидкой фазы. Дальнейший гидратационный процесс приводит к прогрессирующему увеличению показателя удельного электросопротивления.

 

 

 

Рис.3.4. Диэлектрическая форма для определения кинетики

электросопротивления и ЭДС твердеющих цементных составов

 

 

Рис.3.5. Кинетика удельного электрического

сопротивления твердеющего цементного теста

 

Следует отметить, что удельное электрическое сопротивление твердеющей цементной системы является функцией многих факторов: химико-минералогического и вещественного составов вяжущего, количества жидкой среды, степени ее насыщения продуктами гидролиза цементных минералов, экзотерических явлений, динамики структурообразующих процессов, капиллярно-пористой структуры формирующегося материала и др. Все эти факторы находятся в непрерывном изменении, постоянной динамике. Причем действие многих из них имеет «обратную направленность». Насыщение жидкой фазы известью, например, снижает электрическое сопротивление, в то же время, «обезвоживание» межзернового пространства адсорбционным процессом и стадийным химическим связыванием молекул воды, самоуплотнение («самоорганизация») клинкерных зерен, появление и упрочнение межчастичных контактных зон, наоборот, способствуют повышению показателей данного свойства. Тем не менее, на кинетических кривых (особенно для состава с низким В/Ц) отчетливо просматриваются переломные точки через 90, 180 и 420 мин, свидетельствующих о происходящих в этих сроках изменениях в твердеющем материале. Последнее обстоятельство указывает на то, что данный показатель вполне может быть использован для контроля процесса и определения времени приложения технологических воздействий, в частности, вибрационных.