Файл: Ашрабов, А. Б.pdf

теплопроводность и т. д., представляется возможность регулировать эти свойства путем выбора состава бетона и методов его обработки. Во-вторых, путем анализа на­ пряженно-деформируемого состояния бетона выявляется степень возможности использования с известным прибли­ жением существующих теорий прочности материалов, объясняющих механизм разрушения структуры бетона и позволяющих проектировать конструкции с наибольшей несущей способностью.

В результате взаимодействия портландцемента и це­ ментов, получаемых и а основе его клинкера, с водой об­

феррита кальция 4CaO-Fe2 03 -nH2 0. Они выделяются в виде коллоидных гелеобразных масс, со временем посте­ пенно принимающих кристаллическую структуру.

Скорость проявления и величина кристаллических новообразований зависит от степени пересыщенности це­ ментного раствора. Таким образом, твердение цементно­ го теста обусловливается уплотнением геля вследствие высыхания и отсоса воды внутрь цементных зерен и образованием кристаллов, пронизывающих гель и сра­ стающихся между собой в твердый кристаллический сросток. Так как в составе клинкера содержится до 70— 80% силикатов, то они и определяют основные свойства цементов.

В химии (минеральных веществ приняты сокращенные обозначения различных соединений; окись кальция обыч­ но обозначают через С, окись алюминия — через А, дву­ окись кремния Si0 2 — через S, окисел железа Fe203— че­

моферрит C4AF и двухкальциевый силикат-белит C2 S. В зависимости от количественного соотношения этих мине­ ралов цементы твердеют с различной скоростью. По дан­ ным Колоузека, C3S гидратируется в C2 SH(B), а гидра­ тация C2S приводит к образованию гидросиликата C2 SH2 , являющегося основной фазой цементного камня и извест­ ного в литературе как гель, с примесью тоберморитоподобных гидросиликатов кальция серии CSH(B). Все гид-

10

ратированные соединения в системе СаО — Si0 2 — Н 2 0 имеют свои кристаллографические данные и относятся в основном к волокнистой (форма: волокна или иглы) или неволокнистой (форма: чешуйки, призмы, пластинки) группам. При гидратации С3 А и C4 AF процесс взаимодей­ ствия между водой и минералами происходит с интен­ сивным выделением большого количества тепла. Наибо­ лее быстротвердеющим и способствующим получению высокой прочности является минерал С3 А, полная гидра­ тация которого протекает в период от 5 до 24 часов с мо­ мента затворения. В результате взаимодействия С3А и C4AF с водой образуются: шестиводный кубический гид­ роалюминат кальция ЗСаО • А12 0з - 6Н 2 0, кубический гидроалюминат кальция и гель однокальциевого феррита СаО • Fe2 03 • Н 2 0 . Однако твердение цементного теста нельзя рассматривать как простую сумму процессов твер­ дения составных его минералов, так как существенную роль играет их взаимодействие. Например, при гидрата­ ции СзА ускоряется взаимодействие C3S с водой.

Для получения теста нормальной густоты различные цементы требуют различного количества воды для за­ творения. При этом количество прореагировавшей хими­ чески связанной воды для различных цементов тоже раз­ лично. По Б. Г. Скрамтаеву это количество считается для портландцемента равным 16%. Бетон не обладает совер­ шенной плотностью даже при тщательном уплотнении смеси, так как количество воды для ее уплотнения (из технологических соображений удобоукладываемости) всегда берется с избытком сверх необходимого уровня, требуемого для гидратации цемента. При твердении из­ быточная вода, частично испаряясь, ведет к образованию

о

микропор и капилляров размером от 20А до 10—20 мк. Кроме того, в структуре цементного камня долгое время сохраняются непрогидратированные обломки цементного клинкера в количестве 30—40%.

Общий объем пор и капилляров в затвердевшем це­ ментном камне достигает в среднем до 40 % от общего объ­ ема цементного камня. При этом они могут быть заполне­ ны водой, паровоздушной смесью или воздухом в зависи­ мости от их радиуса, степени замкнутости и влажностного состояния бетона. По данным исследований Н. А. Мощанского, поверхность раздела твердой и жидкой фаз в процессе твердения изменяется в пределах от 500 до

11

1000 м2/м3. Явления кристаллизации цементного камня, сопровождаемые контракционными объемными сокраще­ ниями, изменяют напряженное состояние бетона во вре­ мени и существенно влияют на его прочность и деформативность. Структурное взаимодействие частиц, характер разрушения и процесс деформирования цементного камня под нагрузкой определяется степенью жесткости и проч­ ности структурных связей, обладающих свойствами, при­ сущими вязким упруго-пластичным телам. Эти связи про­ являются в процессе гидратации наружных слоев цемент­ ных зерен, играющих роль микрозаполнителя в цементном камне вследствие отсоса воды из геля. При этом проис­ ходит образование реакционных каемок, связывающих отдельные цементные зерна в монолитную структуру. При длительном твердении по мере увеличения жесткости це­ ментной оболочки зерен .и структурных связей упру­ гость системы возрастает, а пластические свойства сни­ жаются.

Таким образом, в зависимости от структурных особен­ ностей бетон претерпевает целую гамму промежуточных состояний, свойства которых изменяются от вязкопластичных до упругохрупких.

Влияние заполнителей на свойства бетона. В качестве мелкого заполнителя для бетона применяется природный или искусственный песок, поставляемый в виде двух фрак­ ций — крупной (размером зерен 5—0,63 мм) и мелкой (0,63—0,14 мм). Содержание в нем глинистых, илистых и нылеватых частиц не должно превышать 3% по весу, в про­ тивном случае их повышенное количество ведет к увели­ чению водопотребности бетона и снижению его прочности до 25% вследствие обволакивания зерен песка глиной и нарушения его сцепления с цементным камнем. Учиты­ вая, что песок состоит из зерен различной крупности, очень важно, чтобы объем пустот в нем был минималь­ ным, при этом потребуется меньше цементного клея для получения качественного бетона.

Цементное тесто в бетонной смеси обволакивает зерна

движку. Удельная поверхность составляет для фракции 2,5—5 мм около 10 см2/г, а для мелких фракций песка — от 100 до 300 см21г. Критерием оценки крупности песка

12

служит безразмерная величина модуля крупности Мк, которая должна находиться в пределах 2—3,3.

Величина объемного (насыпного) веса песка зависит от его пустотности, влажности и степени уплотнения. Ре­ комендуемые стандартами зерновые составы обеспечива­ ют наибольший объемный вес песка, т. е. его наимень­ шую пустотность. Так, например, объемный насыпной вес

няется гравий различной степени окатанности и щебень, полученный дроблением горных пород. Гранулометриче­ ский состав крупного заполнителя определяется по раз­

Для правильной укладки бетонной смеси не рекомендуется применять гравий или щебень крупнее 1Ц части мини ­ мального размера сечения конструкции, а также исполь­ зовать крупный заполнитель, размеры которого больше наименьшего расстояния между арматурой железобетон­ ной конструкции. В тонкостенных плитах и панелях наи­ большая крупность заполнителя может доходить до поло­ вины толщины элемента. При этом зерен пластинчатой (лещадной) или игловатой формы во избежание ухуд­ шения удобоукладываемости бетона допускается не более 15% по весу. *

Основное требование к заполнителю—это его доста­ точная прочность и сцепление с цементным камнем. Прочность при сжатии в насыщенном водой состоянии согласно ГОСТ должна превышать прочность бетона не менее чем в 1,5 раза, если марка бетона ниже 300, и не менее чем в 2 раза при марке 300 и выше. Допускается применять щебень пониженной прочности, но не ниже прочности бетона и при соответствующем испытании в бе­ тоне и технико-экономическом обосновании. Ряд исследо­ ваний показал, что прочность бетона часто зависит не столько от прочности самого заполнителя, сколько от ад­ гезионных и когезионных свойств зоны контакта. При не­ достаточном сцеплении цементного камня с поверхностью заполнителя прочность последнего не используется в нуж­ ной степени.

В этом случае заполнитель как бы уподобляется пу­ стотам, ослабляя сечение элемента.

13