Файл: Пахомов, В. А. Бетон и железобетон в гидротехническом строительстве.pdf

ной воды, имеющей с материалом физико-механическую связь. Они расположены между агрегатами частиц цементного камня. Их размер находится в интервале 1 • 10~4-^-50-10~4 см. Эти поры являются основным дефектом структуры бетона, снижающим морозостойкость и водонепроницаемость;

контракционные — образуются в результате уменьшения аб­ солютного объема системы цемент—вода. Размер контракционных пор находится в пределах 5,0-10~3-^4,0-10~7 см. При замер­ зании бетона контракционные поры играют роль своеобразных запасных резервуаров, куда отжимается вода из капиллярных пор, благодаря чему уменьшается давление замерзающей воды на стенки капиллярных пор и повышается морозостойкость бе­ тона;

поры геля представляют собой промежутки между его части­ цами, образованные испаряющейся водой, адсорбционно свя­ занной в гидратных оболочках частиц геля. Поры имеют раз­ мер 15- 10~8-М0-Ю~8 см. Вода в порах геля не замерзает да

—80°С.

Одним из факторов увеличения морозостойкости бетона при той же капиллярной пористости является увеличение отноше­ ния контракционной и капиллярной пористости.

Наиболее морозостойкими являются бетоны с величиной ка­ пиллярной пористости до 7% и указанным отношением в преде­ лах 30—35%.

Поры в бетоне, образованные за счет воздухововлечения при введении добавок ПАВ, как правило, условно замкнутые, влия­ ют на увеличение морозостойкости бетона, выполняя в процессе замораживания ту же роль, что и контракционные поры, а так­ же являясь «высверловками» на кончиках трещин, предотвра­ щают их распространение вследствие кристаллизационного дав­ ления льда.

Поры, образованные недоуплотнением бетонной смеси, распо­ ложены в теле бетона хаотично; имея крупные размеры наря­ ду с капиллярными порами, они являются опасными дефектами структуры.

Проницаемость цементного камня определяется его капилляр­ ной пористостью. Она зависит от его состава и вида, свойств во­ ды и цемента, В/Ц, водоотделения, степени уплотнения, режима твердения, ухода за бетоном и др.

По данным Ф. М. Иванова, бетон с порами менее 1 мк обла­ дает повышенной плотностью, водонепроницаемостью, химической стойкостью и морозостойкостью. Плотно уложенный бетон при мелкопористой структуре и достаточной толщине конструкции оказывается практически водонепроницаемым.

Для определения плотности бетона конструкций используют различные установки. Оценку плотности бетона массивных кон­ струкций проводят по водопоглощению в скважине, а тонкостен­ ных— по коэффициенту фильтрации.

47

Применение комплексных добавок, использование бетонной смеси с малой подвижностью (2—4 см), содержащей 2—4% вовлеченного воздуха, дало, например, возможность получить для Кислогубской ПЭС плотный бетон с водопоглощением до 4%, водонепроницаемостью более 10 кГ/см2 и высокой морозо­ стойкостью (табл.23).

Таблица 23. Результаты испытаний на морозостойкость контроль­

ных образцов бетона конструкций Кислогубской ПЭС [2]

Количество Прочность, Образцы конструкций циклов испы­ кГ1см*

таний ■

Экзотермия бетона

Взаимодействие клинкерных минералов с водой сопровож­ дается выделением тепла, в результате чего при схватывании и начальном твердении бетона повышается его температура. По­ вышение температуры в массивных бетонных и железобетонных конструкциях сопровождается возникновением растягивающих термических напряжений, величина которых может превзойти собственную прочность бетона на растяжение. В результате образуются трещины, понижающие долговечность сооружения. В зависимости от вида и расхода цемента на 1 м3 смеси, а так­ же массивности конструкции температура бетона в процессе его твердения может повыситься до значительных величин. Темпе­ ратурные кривые гидратации различных видов цементов приве­ дены на рис. 17. При этом наблюдается тепловое расширение материала, перекрывающее его усадку. В массивных сооруже­ ниях происходит неравномерное разогревание бетона (верхние слои быстро охлаждаются), вследствие чего выравнивание тем­ пературы продолжается месяцами.

Определить максимально возможное повышение температуры при твердении бетона заданного состава согласно ГОСТ 4798— 69* можно двумя способами:

опытным — определив повышение температуры бетона в адиа­ батическом каллориметре любой конструкции, позволяющей

48

подвергать испытанию образцы бетона объемом не менее 1 л; расчетным (приближенным) — по формуле

________ g________

(38)

0,20(1+ П + К ) + В/Ц ’

где g — теплота гидротации цемента, кал/г\

П, К — количество песка и крупного заполнителя по весу, приходящееся на одну весовую единицу цемента;

В/Ц — водоцементное отношение.

Для регулирования повышения температуры в массивных бе­ тонных и железобетонных конструкциях необходимо осущест­ вить ряд мероприятий технологического характера:

искусственно охладить составляющие бетона, заменить часть воды затворения льдом;

уменьшить расход цемента; выбрать вид цемента, добавок (например золы-уноса);

произвести искусственное трубное охлаждение; охладить поверхности бетона при уходе за ним с соблюдени­

ем интервалов бетонирования; выбрать время бетонирования с минимальными положитель­

ными температурами в течение суток и года и др.

Кавитационная и абразивная стойкость бетона

Большую опасность для гидротехнических сооружений пред­ ставляют кавитационные воздействия и абразия.

Для испытания кавитационной стойкости бетонов при подбо­ ре их составов в лабораторных условиях используют проточный стенд (рис. 18), а абразивной — специальный прибор* (рис. 19).

строительных материалов. Авторское свидетельство № 316012. «Бюллетень изобретений», 1971, № 29.

В. В. Г о н ч а р о в , А. А. Т о п а л о в . Устройство для определения абра­ зивной стойкости строительных материалов. Авторское свидетельство № 354321. «Бюллетень изобретений», 1972, № 30.

50

Оценку кавитационной и абразивной стойкости бетонов про­ изводят по интенсивности их разрушения, выражающейся поте­ рями единицы объема за единицу времени.

Корреляционным анализом установлено, что кавитационная стойкость бетонов, оцениваемая удельными потерями массы

Рис. 19. Прибор для испытания абразивной стойкости строительных материалов:

/ — электропривод; 2 — редуктор оборотов; 3 — барабаны; 4 —

материала в единицу времени (интенсивность разрушения), см3/ч, корреляционно связана с прочностными характеристика­ ми материала и описывается уравнением гиперболы вида

Эмпирические кривые, построенные на основании корреля­ ционного анализа результатов исследований МИСИ и НИС Гид­ ропроекта им. С. Я. Жука, приведены на рис. 20. При этом уста­ новлено, что разрушение материала образцов в зоне действия кавитации начинается не сразу, а после прохождения некото­ рого инкубационного периода, в течение которого протекают подготовительные процессы — зарождение на поверхности оча­ гов концентрации напряжений в виде трещин. Считается, что чем длительнее этот период, тем кавитационно устойчивее ма­ териал.

Начало кавитационного разрушения бетона зависит от состоя­ ния рабочей поверхности в зоне действия кавитации. Очаги кон­ центрации напряжений сводят до минимума инкубационный период разрушения. Сопротивляемость разрушению самого те­ ла бетона зависит в основном от его прочности и структуры.

Плотные бетоны с высоким коэффициентом Пуассона на твер­ дых заполнителях с активной поверхностью обладают более