Файл: Черкасов, Г. И. Введение в технологию бетона.pdf

растает микропориетость, что улучшает свойства бетона. Из­ менение характера пористости бетона во времени, рассчитан­ ное по вышеуказанной методике, представлено на рис. 21. Приведенный метод расчета характеристик пористости бетона, предложенный Г. И. Горчаковым, позволяет ориентировочно судить о физико-механических свойствах бетона в разные сроки его твердения. '

69

Сцепление цементного камня с заполнителями

Свойства конгломератного материала—бетона зависят от сцепления цементного камня с поверхностью заполнителей. Желательно, чтобы прочность этого сцепления была (не менее прочности цементного камня.

Прочность сцепления при постоянном цементном клее обеспечивается физико-механическими факторами, зависящи­ ми от микрорельефа поверхности заполнителей, и физико­ химическими факторами, обусловленными минералогическим составом заполнителей. т

Адгезионные свойства цементов зависят от их минералоги­ ческого состава, тонкости помола и принятого цементоводно­ го отношения. Повышенной адгезией обладают цементы, даю­ щие наибольшее количество коллоидных частиц в период приготовления бетонной смеси и уплотнения бетона. Цементо­ водное отношение должно иметь оптимальное значение, o6ecj печивающее хороший расплыв цементного теста по заполни­ телю и в то же время достаточную плотность затвердевшего цементного камня.

Прочность сцепления цементного камня с заполнителями увеличивается во времени при твердении бетона, затем может иметь небольшие спады и повышения вследствие перекрис­ таллизации новообразований цемента в контактной зоне до приобретения ими наиболее устойчивого термодинамического состояния.

Влияние минералогического состава заполнителей на прочность сцепления их с цементным камнем в последнее время обстоятельно исследовалось Т. Ю. Любимовой и Э. Р. Пинусом, которые определяли микротвердость в кон­ тактных слоях. Исследованиями установлено, что заполните­ ли могут быть разделены, на две группы: 1 — химически не взаимодействующие с вяжущим изверженные горные породы (например, гранит); 2 — химически и физико-химически взаимодействующие с вяжущим породы (карбонатные породы и кварцевые пески). Контактный слой в заполнителях первой группы отсутствует, прочность адгезионного сцепления близ­ ка к нулю, контактные слои цементного камня имеют повы­ шенную прочность (рис. 22). В этом случае сцепление цемент­ ного камня с заполнителем обеспечивается в основном за счет физико-механических факторов— зацепления неровностей поверхности.

70

Рис. 22. График распределения микротвердости в контактных слоях цементного камня и заполнителя:

/ — гранит; 2 — кварц; 3 — известняк.

Повышение прочности цементного камня в контактных слоях с заполнителем, отмечаемое в некоторых исследовани­ ях, объясняется влиянием поверхности как подложки, на которой возникают центры кристаллизации новой фазы, обеспечивающие ускоренное образование мелкокристалличе­ ской структуры цементного камня.

При заполнителях второй группы происходит химическое взаимодействие между заполнителем и цементным тестомкамнем, приводящее к некоторому снижению прочности за­ полнителя и возникновению диффузного промежуточного слоя, состоящего из продуктов этого взаимодействия и объе­ диняющего контактирующие фазы.

Снижение твердости заполнителя в контактном слое — следствие адсорбционного понижения его прочности (по П. А. Ребиндеру) и частичного растворения в процессе обра­

71

зования продуктов взаимодействия фаз (карбоалюминатов я гидросиликатов). Прочность контактной зоны в этом случае имеет примерно одинаковый порядок с прочностью цемент­ ного камня в объеме, что способствует улучшению технологи­ ческих свойств бетона, в чаетности повышению однородности бетона в напряженном состоянии (глава VIII).

Основные технологические мероприятия, применяемые для улучшения структуры бетона

Рассмотренные выше дефекты структуры бетона свойст­ венны природе цементного бетона и не являются следствием нарушения технологии приготовления, укладки смеси, ее уплотнения и ухода за бетоном.

При несоблюдении требований к применяемым материа­ лам, неправильном подборе состава бетона, плохом переме­ шивании смеси, ее недоуплотнении, пересушивании твердею­ щего бетона может образоваться огромное количество макродефектов, резко снижающих прочность и долговечность бе­ тона. Так, недоуплотнение бетона на 5% может снизить его прочность на 25—40%• Эти случаи в нашем изложении не, рассматриваются.

Для улучшения структуры бетона необходимо добиваться уменьшения количества седиментационных и капиллярных пор, уменьшать количество и неоднородность распределения вовлеченного воздуха, улучшать сцепление цементного камня с заполнителем, для чего прежде всего желательно обеспечить наиболее полную гидратацию цемента и снижение водосодержания в бетонной смеси.

Развитие теории и технологии бетона позволило разрабо­ тать технологические мероприятия для регулирования струк­ туры затвердевшего бетона, основные из которых приведены в табл? 12.

Т а б л и ц а 12

Основные технологические мероприятия, применяемые для

72

VI. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ1 И ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

Реологические свойства бетонных смесей

Вследствие коагуляционного структурообразования в це­ ментном тесте бетонная смесь приобретает такие свойства твердого тела, как упругость и эластичность. Эти свойства проявляютсяпри напряжениях т меньше критических зна­ чений, необходимых для разрушения пространственной сетки коагуляционной структуры. При напряжениях т больше

1 Реология — наука, изучающая закономерности течения материалов.

73

критического значения то структура разрушается и в ней про­ исходят необратимые пластические деформации, переходя­ щие в вязкое течение. Деформации бетонной смеси во времени

nnnvHdocbaff

при различных нагрузках, вызывающих касательные напря­ жения т, представлены на рис. 23.

пряжении т на этом рост деформации прекращается. При снятии напряжения (т= 0) мгновенно устраняется упругая деформация, а с течением времени и эластическая. При т>та происходит упругая и эластическая деформация и затем на­ чинается пластическое течение, т. е. развитие деформации во времени без увеличения нагрузки. При снятии напряжения упругая и эластическая деформация устраняется, а пласти­ ческая остается.

74

Деформативные свойства бетонной смеси позволяют опре­ делить ее как упруго-эластично-вязко-пластичное тело.

При дальнейшем структурообразовании и твердении бетон сохраняет эти свойства. Однако если в бетонной смеси наибо­ лее ярко выражены пластично-вязкие свойства, то при тверде­ нии бетона их роль уменьшается и начинают превалировать упругие свойства вследствие уплотнения геля и развития кристаллизационных образований.

Коагуляционные структуры образуются уже в начальный период после затворания цемента водой даже при незначи­ тельном количестве коллоидных частиц в твердой фазе. Проч­ ность коагуляционной структуры определяется расстоянием между узлами структурной сетки и толщиной прослоек дис­ персионной среды между частицами в местах их контактов. Чем больше число коллоидных частиц в единице объема и меньше их размер, тем тоньше прослойки среды и ближе рас­ стояние между узлами, следовательно, тем прочнее структура.

Виндукционный период..твердения цементного теста и бе­ тона прочность структуры еще сравнительно мал'а, что позво­ ляет производить технологические операции, применяя не­ большое силовое воздействие, которое может оказывать вес самой смеси.

Впоследующий период структурообразовании для обес­ печения тиксотропного разжижения смеси необходимы уже более сильные, увеличивающиеся во времени воздействия.

Приложенные к бетонной смеси нагрузки • вызывают в ней напряжения сдвига, разрушающие структурные связи и обес­ печивающие ее течение с определенной вязкостью.

Вязкость структурированных жидкостей, к которым может быть отнесена и бетонная смесь, имеет переменное значение и зависит от величины напряжения сдвига, определяющей сте­ пень разрушения структуры.

В истивновязких (Ньютоновских) жидкостях скорость те­ чения пропорциональна приложенному напряжению; эта пропорциональность выражается постоянным коэффициентом вязкости, характеризующим жидкость. Уравнение вязкого

течения имеет вид

de

где т — напряжение сдвига в Г/см2\

— градиент скорости течения в 1/сек\

т| — коэффициент вязкости в пз.

Для структурированных жидкостей пропорциональность

7о