Файл: Михайлов В.В. Расширяющийся и напрягающий цементы и самонапряженные железобетонные конструкции.pdf

пряженных конструкций. В продолжение всего времени расширения и самонапряження железобетона сцепление арматуры с бетоном не должно нарушаться. Однако оно всегда наблюдается при нарушении структурной целост­ ности напрягающего бетона большой активности, когда расширяющийся бетон начинает обтекать арматуру. Та­ кое ослабление расширяющегося бетона нельзя допус­ кать.

Сказанное позволяет в определенной последователь­

Подбирая химический состав системы С—А—CS—Н, вид исходных веществ и назначая температурный режим процесса, можно направить развитие гидратации по же­ лаемому руслу и получить в заданный отрезок времени необходимые нам количество и виды новообразований. Обычно вначале рассматривается взаимодействие ве­ ществ, входящих в состав расширяющего компонента, и не учитываются вещества, поставляемые твердеющим портландцементом, впоследствии учитывается влияние и этих веществ.

Состав НЦ и технологический процесс самонапряже­ ния могут быть запроектированы и осуществлены по не­ скольким схемам. Первая из них возникла в начале пя­ тидесятых годов после открытия способа тепловлажностной обработки растворов и бетонов на НЦ [24, 57]. Идея достижения достаточного для практики уровня самона­ пряжения заключается в выборе такого состава системы С—А—CS—Н и в таком соотношении к портландцемен­ ту, которое после затвердевания при погружении образ­ ца цемента в воду при нормальной температуре быстро приводит его к полному разрушению. Это объясняется высокой энергией, выделяемой при образовании гидросульфоалюмината кальция цемента. Такой цемент, под­ вергнутый при 100° С в течение 2 ч тепловлажностной обработке в возрасте 12—18 ч, может быть помещен в воду, в которой он твердеет и расширяется, производя самонапряжение железобетона без разрушений и без спадов прочности. Расширение и самонапряжение завер­ шается за 5—7 суток, после чего цемент продолжает твердеть и набирать высокую прочность; иногда через 6 мес.—1 год эта прочность вдвое превышает 28-суточ- ную.

95

Состав ЫЦ для этой схемы самонапряжения должен характеризоваться соотношениями C : A : C S = ( 0 , 5 — 2 ) : : 1 : (0,5—2). Схема преобразования веществ цемента представлена на графике (рис. 2.43). В верхней части

Рис. 2.43. Кинетика растворения исходных материалов напрягающего цемента и возникновения новых фаз при гидратации на малом количестве воды затворения в процессе ТВО и последующего водного выдерживания

графика показано во времени исчезновение исходных ве­ ществ цемента, а также появление, исчезновение и новое возрождение новых фаз гидратированных веществ це­ ментного камня; на нижней части' графика дано соответ­ ствующее этим явлениям увеличение расширения, проч­ ности и самонапряжеиия.

96

Исходные материалы — алюминаты кальция, сульфат кальция и окись кальция. В процессе затворенпя на ма­ лом количестве воды эти материалы, взятые в указанном выше соотношении, быстро гидратируются. В первую

и, возможно, трисульфата кальция (см. рис. 2.43). При погружении в горячую воду для ТВО исчезает трисуль­ фат кальция, и процесс сводится к образованию моно­ сульфата кальция. После 2 ч в составе новообразований содержится моносульфат кальция и СН; также много негидратированного СА. Расширение и самонапряжение к этому моменту самое небольшое. С погружением це­ мента в холодную воду начинается бурный процесс об­ разования трисульфата и перекристаллизации моносуль­ фата в трисульфат кальция, который продолжается в те­ чение 7—8 суток. Когда СН полностью прореагирует, среда может стать насыщенной гидроокисью алюминия, которая вскоре вновь заменяется средой гидроокиси кальция, поставляемой гидратируемым портландцемен­ том. В период водного хранения прочность растет и про­

цемента. Характерным для ТВО является не только от­ сутствие спада прочности, но положительный ее прирост. Прочность непрерывно растет — и после стабилизации расширения и после 28 суток твердения. В зрелом воз­ расте в структуре цементного камня содержатся только трисульфат, гидроалюминаты кальция и продукты гид­

Идея применения ТВО заключается в основном в от­ делении фазы затвердевания НЦ от фазы расширения в процессе образования трисульфата алюмината каль­ ция. Совершенно необходимо, чтобы расширение проис-

ходило при уже достаточной прочности цементного кам­ ня, но в таком его состоянии, когда он способен без спа­ да прочности следовать за расширением структуры. До­ стигается это указанными выше средствами: принятием состава расширяющего компонента, богатого алюмина­ тами, присадкой извести, ТВО при 100° С и затворением смеси на минимально допустимом для удобоукладываемости количестве воды. Огромную роль для устранения спада прочности цемента при его быстром расширении играет сжатие цементного камня в одном, двух и трех направлениях усилием в несколько десятков атмосфер, которое создают упругие силы сопротивления арматуры расширению. Для очень активных напрягающих цемен­ тов одноосное сопротивление расширению уже недоста­ точно и требуется двух- и трехосное армирование с соз­ данием объемного сопротивления.

Разделение фаз затвердевания и расширения может быть достигнуто только в том случае, если вещества, входящие в расширяющий компонент НЦ, могут быстро вступать в химическое взаимодействие друг с другом че­ рез растворение или в твердой фазе. Это особенно каса­ ется гипса, который должен вводиться в НЦ в чистом

C 4 A H 1 3 + C S + C ; гнпсоглиноземистый цемент+С; глиноземистый цемент-f-CS+C; другие составы, описанные ниже.

Значения прочности, удлинения, водопоглощения и самонапряжения раствора НЦ (1:1) состава 6 6 : 2 0 : 1 4 (портландцемент: глиноземистый цемент : гипс) при про­ греве в воде с температурой 100° С в течение 6 ч показа­ ны на ри.с. 2.44. В течение 6 ч прогрева прочность образ­ цов повысилась с 160 до 268, а для деформируемых в связанном состоянии — до 310 кгс/см2. Удлинение и водопоглощение были невелики—0,2 и 0,5%. Самонапря­ жение составило 16 кгс/см2; в возрасте 7 суток оно дос­ тигло 40 кгс/см2 и стабилизировалось. Свободное рас­ ширение к этому сроку также стабилизировалось на уровне 2,3%. Водопоглощение достигло в возрасте 6 ме­ сяцев 6,7%. Если в 28-суточном возрасте прочность об­ разцов составляла 430 кгс/см2, то к 6-месячному возрас-

98

ту она повысилась для образцов свободного расшире­ ния до 614 кгс/см2, а для образцов связанного расшире­ ния — до 740 кгс/см2, причем наблюдается тенденция к дальнейшему упрочнению. Последнее является характер­ ным свойством напрягающих цементов, подтверждаю­ щим высокую надежность их структуры в бетоне.

Рис. 2.44. Прочность, водопоглощение, удлинение и самонапряжение раствора НЦ

Учитывая, что в глиноземистом цементе содержалось 66% алюминатов кальция, а гипс содержал 82% CS, со­ став компонента соответствовал С : A : CS = 0,55 : 1 :1,82. Такой состав должен был давать при гидратации на ог­ раниченном количестве воды как моносульфаты, так и трисульфаты. Однако при прогреве до 100° С в течение 6 ч все высокосульфатные формы гидросульфоалюмината кальция должны были перейти в моносульфат каль­ ция, который после охлаждения цементного камня в во­ де должен был перекристаллизовываться обратно в трисульфат с соответствующим расширением системы. Это проявилось в удлинении за 7 суток до 2,3%.

• Можно было бы предполагать, что наибольшее рас­

фата кальция. Для установления справедливости такого^ предположения были проведены исследования составов НЦ, содержащих 14% гипса и А от 4 до 32% . Определя­

Рис. 2.45. Удлинение (/), прочность (2) и водопоглощение (5) раствора НЦ с 14% гипса на 28-е сутки в зависимости от содер­ жания глиноземистого цемента (режим ТВО: 100° С, 6 ч)

= 0,55: 1 : 4. Он должен был обеспечить наибольшее рас­ ширение, а следовательно, и самонапряжение. Его 28суточная прочность составила 425 кгс/см2, а удлинение— 2,8%. Большие значения прочности и расширения, в том числе и водопоглощения, получены для более богатых алюминатами напрягающих цементов и именно для состава 6 8 : 1 8 : 1 4 , имеющих компонент c C : A : C S =

100