Vest-Beton.ru. Бетон структурный


Структура бетона

Структура бетона

Структура является важнейшей характеристикой материалов.

Она определяется входящими компонентами (размер, форма), их количеством и взаимным расположением, а также связями между ними. Важнейшим элементом структуры является пористость.

Бетон имеет очень сложную структуру. Ее элементы отличаются по размерам в миллион раз (от крупного заполнителя до частиц гидросиликатов), размеры пор (от воздушных до гелевых) — в сотни тысяч раз. Поэтому одного масштаба для ее рассмотрения недостаточно. Принято выделять микро- и макроструктуру бетона.

Микроструктура бетона

Это тонкая структура цементного камня. Лишь отдельные ее элементы имеют размер более 1 мкм. Поэтому только остатки зерен цемента и самые крупные капиллярные поры можно различить в оптический микроскоп. Поэтому структура цементного камня изучается методами электронной микроскопии, а также косвенными методами (например адсорбционными, позволяющими определять удельную поверхность продуктов гидратации).

Микроструктура бетона формируется в процессе длительного твердения.

В бетоне зрелого возраста она включает:

  • остатки зерен цемента;
  • продукты гидратации цемента;
  • поры (капиллярные и гелевые).

При этом остатки зерен цемента покрыты оболочками из продуктов гидрадации, которые, срастаясь, и образуют жесткую структуру цементного камня. Взаимосвязанные пустоты между этими оболочками представляют собой капиллярные поры.Остатки зерен цемента в бетоне 28-дневного возраста составляют 40-50% от их исходного количества. Причиной их сохранения даже в бетоне многолетнего возраста является низкая проницаемость окружающих их оболочек из продуктов гидратации. Это приводит к недостаточному использованию цемента. Степень гидратации отдельных зерен зависит от их размера. К 28-дневному возрасту глубина их гидратации составляет примерно 4 мкм. Поэтому зерна размером до 8-10 мкм за это время полностью или почти полностью реагируют с водой. При большем размере зерен гидратирует лишь их оболочка и сохраняется тем большая часть, чем крупнее были их исходные размеры.При благоприятных условиях зерна размером 20 мкм могут полностью прореагировать с водой через 3 года. Поэтому в бетоне всегда присутствуют остатки зерен цемента. Их размер достигает нескольких десятков микрометров. В то же время повышение тонкости помола уменьшает их количество и размеры и улучшает степень использования цемента.Для эксплуатационных свойств бетона наличие остатков зерен цемента имеет положительное значение. Во-первых, благодаря им твердение бетона продолжается длительное время — месяцы и годы. При этом свойства бетона, в том числе и прочность, продолжают улучшаться, конструкции становятся более надежными. Если загружение конструкции происходит через значительное время после изготовления, это позволяет назначать больший стандартный возраст бетона и получать экономию цемента.Во-вторых, благодаря наличию так называемого «клинкерного фонда» в бетоне может происходить самозалечивание микротрещин. Они могут появляться при твердении и эксплуатации бетона по разным причинам. Если бетон находится во влажных условиях или периодически увлажняется, в них попадает влага. Вследствие разрыва трещинами гелевых оболочек она получает доступ к остаткам зерен цемента. Начинается активная гидратация, ее продукты откладываются в трещине, заполняя и «залечивая» ее.

Продукты гидратации, слагающие оболочки вокруг зерен цемента, включают гелевидную и кристаллическую составляющие. При этом основную роль играет гидросиликатный гель, занимающий в среднем 75% их объема. Именно он определяет технические свойства цементного камня. Кристаллическая составляющая имеет размеры частиц более 0,1 мкм, а самые крупные кристаллы Са(ОН)2 и гидросульфоалюмината даже более 1 мкм. Нередко все продукты гидратации, несколько упрощая ситуацию, называют гелем.

Частички гидросиликатов обычно покрыты слоями сильно сорбированной воды. Она может начать испаряться лишь на воздухе низкой влажности, меньше 45%, после полного осушения капилляров. А полностью влага геля теряется при ф = 0%. При этом частички геля сближаются, а некоторые могут срастаться химически.Но в обычных условиях эксплуатации гелевые поры большей частью или полностью заполнены влагой. Частички геля притягиваются друг к другу через водные прослойки относительно слабыми силами межмолекулярного притяжения. Но так как эти частицы очень малы — в сотни раз мельче, чем зерна цемента, — количество контактов между ними весьма велико. Поэтому прочность геля составляет -120 МПа. Но обычные бетоны имеют значительно меньшую прочность из-за присутствия в цементном камне капиллярных пор.Поры (капиллярные и гелевые). Капиллярные поры расположены между гелевыми оболочками, окружающими остатки зерен цемента. Их размер от 0,01 мкм до 10мкм, аиногда и более. В порах таких размеров капиллярные силы, действующие на воду, превышают силы тяжести (откуда и название). Благодаря им капиллярные поры легко заполняются водой, она поднимается по капиллярам вверх против сил тяжести (капиллярный подсос). Капиллярные силы увеличиваются с уменьшением размера капилляров. В тонкокапиллярных системах вода может подниматься против сил тяжести на большую высоту, например, в грунтах на 6-7 м. В бетоне капилляры имеют переменное сечение и подъем воды ограничивается их максимальными размерами. Он может составить примерно 0,5 м. Капиллярный подсос может наблюдаться в фундаментах и других конструкциях, части которых контактируют с водой.Капиллярные поры образуются той частью воды затворения, которая не пошла на химические реакции и на заполнение образовавшихся гелевых пор. Поэтому их количество зависит от избытка воды по отношению к цементу, т. е. от В/Ц. При В/Ц порядка 0,3—0,35 капиллярные поры уже к месячному возрасту полностью зарастают гелем. Но при обычных В/Ц = 0,4-0,7 они присутствуют в зрелом бетоне.Средний размер капиллярных пор находится в диапазоне 1 — 0,1 мкм. Он уменьшается при снижении В/Ц и увеличении времени твердения бетона.

Капиллярные поры делятся на:

  • Микрокапилляры (до 0,1 мкм), способные конденсировать влагу из воздуха и полностью заполняться ею. В бетоне, эксплуатируемом в воздушных условиях, они будут тем в большей степени заполнены водой, чем выше влажность окружающего воздуха.
  • Макрокапилляры (более 0,1 мкм), которые заполняются водой только при непосредственном контакте с ней.

Капиллярные поры — основной дефект структуры цементного камня и бетона. Они снижают прочность бетона, являются основной причиной разрушения его морозом (вода в них начинает замерзать при—1...2 °С). Макрокапилляры являются путями фильтрации воды через бетон и проникновения в него агрессивных сред. В то же время капиллярные поры являются и основным параметром с помощью, регулирования которого (в первую очередь путем изменения В/Ц) получают бетон с нужными свойствами.Гелевые поры находятся между частицами геля и имеют размеры 2-5 нм. Принято считать, что их содержание в геле составляет 28% и не меняется со временем. В обычных условиях эксплуатации (при относительной влажности окружающего воздуха ф > 40%) они заполнены влагой.Поры геля настолько малы, что в каждую из них вмещается лишь несколько сотен или тысяч молекул воды. Вся она находится в сильно адсорбированном (остеклованном) состоянии.Поэтому гелевые поры непроницаемы для воды (продавить воду через гель труднее, чем через гранит), а также для газов. Они неопасны для морозостойкости (температура замерзания воды в них ниже —70 °С). По мнению некоторых специалистов, гелевые поры дало влияют и на прочность бетона. Прочность геля (примерно 120 МПа) приближается к прочности плотных горных пород.Пористость — основная характеристика микроструктуры бетона. Так как бетон является двухкомпонентным материалом, пористость также выражается двояко. Объем пор может быть отнесен к объему бетона и к объему цементного камня, содержащегося в нем.Пористость достаточно легко рассчитывается как разность общего водосодержания смеси и объема химически связанной воды. При расчете капиллярной пористости вычитается также вода, адсорбированная гелем.Количество воды в геле может быть принято равным количеству химически связанной воды. Поэтому в формулах капиллярной пористости, приведенных выше, от общего объема воды отнимается удвоенное количество химически связанной воды.Приведенные формулы показывают еще раз, как формируется пористость бетона и цементного камня. Общая пористость определяется количеством воды, не связанной химически, капиллярная — меньше общей на объем воды, адсорбированной гелем. Но главным фактором, от которого зависит объем пор, является не водосодержание смеси, а В/Ц. Чем больше цемента в бетоне, тем большую часть воды он связывает химически и тем меньше остается свободной воды, образующей поры. Поэтому формулы учитывают и роль цемента в формировании пористости.Таким образом, количество химически связанной воды является эквивалентом возраста бетона или степени его гидратации. При достаточной влажности бетона оно возрастает и к годовому возрасту может составить 0,18—0,2. Пористость при этом снижается на 10-15%.Следует отметить, что приведенные выше формулы для расчета пористости не учитывают воздушную пористость бетона, составляющую обычно 1-2%. Иногда ее добавляют к результатам расчетовПористость бетона может быть также определена экспериментально. Простейший из применяемых способов — по водопоглощению бетона. Предполагается, что капиллярные и гелевые поры при этом заполняются водой. В то же время в капиллярах может защемляться небольшое количество воздуха и в бетоне есть воздушные поры, не заполняемые водой. Поэтому объемное водопоглощение несколько меньше, чем пористость бетона. Часто его рассматривают как открытую пористость бетона (т.е. доступную для воды). В среднем она составляет порядка 90% от общей пористости бетона. Поэтому она может использоваться для ориентировочной оценки пористости. Результат может быть уточнен при известном содержании воздушных пор в бетоне.Более точное экспериментальное определение пористости бетона возможно при кипячении образцов в воде или их вакуумировании. Оба приема удаляют большую часть оставшегося при насыщении образцов воздуха. Возможна и «запрессовка» воды в оставшиеся воздушные пространства под давлением 15 МПа (они будут сжаты в 150 раз).На практике в расчетах пористости обычно нет необходимости, так как используется удобный эквивалент пористости цементного камня — водоцементное отношение. Формулы прочности, а в последнее время и других свойств бетона (морозостойкости, водонепроницаемости) выражают их в зависимости от В/Ц (или обратной величины — Ц/В).В то же время В/Ц является эквивалентом пористости только если бетоны с разными В/Ц твердеют в одинаковых условиях. Если же температурно-влажностные условия твердения или эксплуатации бетонов отличаются, их гидратация протекает с разной скоростью и в разной степени. Тогда В/Ц уже не может рассматриваться как эквивалент пористости бетона.Микроструктура бетона в основном формируется к его месячному возрасту. Если бетон эксплуатируется в сухих условиях, гидратация по мере его высыхания прекращается, а структура остается практически неизменной (если только усадка не вызовет образования микротрещин).Но при эксплуатации во влажных условиях или в массивных конструкциях, медленно теряющих влагу, гидратация продолжается длительное время. Она возобновляется во «влажные» периоды и в конструкциях, подвергающихся периодическому увлажнению-высыханию. В этих случаях микроструктура продолжает изменяться, хотя и более медленно. Происходит дальнейшее уменьшение остатков зерен цемента, увеличение количества продуктов гидратации. Они откладываются на стенках капиллярных пор, уменьшая их сечение и объем и уплотняя структуру бетона. Свойства бетона при этом повышаются, причем морозостойкость и особенно водонепроницаемость в большей степени, чем прочность.

Наконец, если бетон подвергается действию мороза или агрессивных сред, возможны уже нарушения структуры. Они могут выражаться и в образовании трещин при различных условиях эксплуатации конструкций.

www.uniexo.ru

5.2. Формирование структуры бетона.

Структура бетона образуется в результате затвердевания (схватывания) бетонной смеси и последующего твердения бетона. Определяющее влияние на ее формирование оказывают гидратация цемента, его схватывание и твердение.

По современным воззрениям, в начальный период при смешивании цемента с водой в процессе гидролиза 3-х кальциевого силиката выделяется гидроксид кальция, образуя пересыщенный раствор. В этом растворе находятся ионы сульфата, гидроксида и щелочей, а также небольшое количество кремнезема, глинозема и железа. Высокая концентрация ионов кальция и сульфат-ионов наблюдается непродолжительное время после затворения цемента водой, так как в течение нескольких минут из раствора начинают осаждаться первые новообразования – гидроксид кальция и эттрингит.

Приблизительно через час наступает вторая стадия гидротации, для которой характерно образование очень мелких гидросиликатов кальция. Вследствие того, что в реакции принимают участие лишь поверхностные слои зерен цемента, размер зерен цемента уменьшается незначительно. Вновь образующиеся гидратные фазы, получившие название цементного геля, характеризуются очень тонкой гранулометрией. Новообразования в первую очередь появляются на поверхности цементных зерен. С увеличением количества новообразований и плотности их упаковки пограничный слой становится малопроницаем для воды примерно в течение 2…6ч. Вторую стадию замедленной гидротации принято называть «скрытым или индукционным периодом» гидратации цемента.

В течение скрытого периода цементное тесто представляет собой плотную суспензию, стабилизированную действием флокулообразующих сил. Однако силы притяжения между цементными частицами в воде относительно слабы, что может быть объяснено следующим образом. Покрытие гелем зерна цемента образуют вокруг себя сольватный слой и имеют положительный -потенциал. Совместное действие сольватного слоя и электрического заряда препятствует непосредственному контакту между соприкасающимися зернами. Вместе с тем эти зерна испытывают межчастичное притяжение, по крайней мере на некоторых пограничных участках. Силы отталкивания и притяжения уравновешиваются на некотором расстоянии от поверхности раздела, где потенциальная энергия частиц минимальна. Цементное тесто под действием этих сил приобретает связанность и подвижность. В течение скрытого периода происходит постепенное поглощение поверхностными оболочками цементных зерен воды, толщина водных прослоек между зернами уменьшается, постепенно понижается подвижность теста и бетонной смеси. В гелевых оболочках появляется осмотическое давление. Внутренние слои цементных зерен, реагируя с водой, стремятся расшириться. В результате наступает разрушение гелевых оболочек, облегчается доступ воды в глубь цементных зерен, ускоряется процесс гидратации цемента.

Наступает третья стадия процесса гидротации. Она характеризуется началом кристаллизации гидроксида кальция из раствора. Этот процесс происходит очень интенсивно. Так как на этом этапе количество гидратных фаз относительно мало, то в пространстве между частицами цемента происходит свободный рост тонких пластинок гидроксида кальция и гидросиликатов кальция и эттрингита в виде длинных волокон, которые образуются одновременно. Волокна новообразований проходят через поры, разделяют их на более мелкие и создают пространственную связь, усиливая сцепления между гидратными фазами и зернами цемента. С увеличением содержания гидратных фаз между ними возникают непосредственные контакты, число которых увеличивается – цементное тесто схватывается, затвердевает, образуется цементный камень.

Образовавшаяся жесткая структура сначала является очень рыхлой, но постепенно она уплотняется: в заполненных водой порах этой структуры непрерывно появляются новые гидратные фазы. Объем пор и их размеры уменьшаются, возрастает количество контактов между новообразованиями, утолщаются и уплотняются гелевые оболочки на зернах цемента, срастающиеся в сплошной цементный гель, с включением непрореагировавших центров цементных зерен. В результате возрастает прочность цементного камня и бетона. Схематический процесс преобразований, происходящих в системе цемент-вода в процессе гидратации цемента, показан на чертеже (рис.1).

Ф. Лохтер и В. Рихартц предложили обобщенную схему процесса гидратации цемента и структурообразования цементного камня, которая показывает изменения во времени объема различных новообразований и пористости цементного камня(рис.2 чертежа). Схема учитывает возможный переход части образовавшегося эттрингита в моносульфат после того, как весь двуводный гипс, введенный в цемент для увеличения сроков схватывания, вступит в реакцию с 3-хкальциевым алюминатом.

В процессе гидратации размеры пор в цементном камне уменьшаются, что, с одной стороны, приводит к затруднению доступа воды к еще не прореагировавшим объемам цемента и замедлению процесса гидратации, а с другой – к уменьшению размера частиц гидратных фаз, развивающихся в этих порах. Волокна гидросиликата кальция, образующиеся в начале гидратации, могут иметь длину 5…10нм и диаметр 0,1…0,2нм, а в конце гидратации новообразования имеют размер в 10…100раз меньше. Однако в геле полностью гидратированного цемента остаются внутренние пустоты, называемые порами геля. Размер этих пор очень мал, в них невозможно образование зародышей гидратных фаз, и поэтому они не могут зарасти новообразованиями.

Пористость геля составляет 28%. Если пористость выше, то это значит, что в еле еще имеются более крупные поры, в которых могут развиваться новообразования, постепенно снижая пористость геля до 28%. Наряду с порами геля в цементном камне сохраняются более крупные капиллярные поры, образовавшиеся при приготовлении цементного теста. Однако размеры и объем пор постепенно уменьшаются. В процессе гидратации происходит постепенное перераспределение жидкой фазы: уменьшается количество свободной, или капиллярной, воды, увеличивается количество химически и физико-химически связанной воды.

При полной гидратации цемента в химическую связь с его минералами

вступает приблизительно 20…25% воды от

массы цемента. Так как точные химические

составы для многих компонентов цемента

еще не установлены, то количество

химически связанной воды определяют не

молекулярными расчетами, а по массе

«неиспарившейся воды» при сушке по

специальной методике. Соответственно

используют обобщенное понятие «гидрати-

рованный цемент» и ряд усредненных

показателей, характеризующих физические

рис.1.Изменение объема твердой превращения цементного теста в процессе

и жидкой фазы в системе цемент- гидратации. Гидратированный цемент пред-

вода при гидратации цемента (при ставляет собой в основном коллоидно-

В/Ц0,38;

при меньших В/Ц полная гидратация Ц

при его твердении в воде невозможна.

Таким образом, при В/Ц>0,5 в бетоне всегда

рис.2.Изменение состава цемент- будут присутствовать капиллярные поры,

ного камня после полной гидра- доступные для миграции влаги, и стойкость

тации Ц в зависимости от В/Ц: его будет понижаться. При В/Ц=0,38…0,5

1-негидратированный цемент; в цементном камне могут сохраниться

2-цементный гель;3-капиллярная капиллярные и контракционные поры

вода (поры). при отсутствии притока влаги извне за счет того, что не будет полностью проходить гидратация цемента. При водном твердении эти поры частично зарастают продуктами гидратации. При В/Ц 0,38 к пористости геля добавляется контракционная пористость, а при В/Ц > 0,5 еще и капиллярная пористость.

На пористость влияет также степень уплотнения цем.теста. При низких значениях В/Ц увеличивается флокуляция цементных частиц и объем вовлеченного воздуха. В результате возрастает общая пористость цементного камня и понижается его прочность. Значительное понижение пористости цементного камня достигается при применении суперпластификаторов, обеспечивающих хорошее уплотнение бетонных смесей с низким В/Ц, препятствующих флокуляции цементных частиц и уменьшающих объем вовлеченного воздуха, органо-минеральных добавок и внешнего давления. Используя для уплотнения цементного теста значительные давления, Абрамс получил при В/Ц = 0,38 прочность цем.камня 280 МПа. При обычном уплотнении прочность бывает значительно ниже.

При низких В/Ц возрастает также роль условий выдерживания. При твердении в воде увеличивается степень гидратации цемента, уменьшается пористость цем.камня, что обеспечивает повышение его прочности.

В обычных бетонах цемент редко гидратируется полностью. При обычных сроках твердения успевает прогидратироваться только часть Ц,поэтому даже при В/Ц = 0,5 и выше в Ц сохраняются непрогидротированные зерна и значительное количество капиллярных пор.

В бетоне цем.камень в результате введения заполнителя занимает только часть объема, поэтому, хотя общий характер зависимости сохраняется, относительные их величины меньше. Если первоначальная капиллярная пористость для цем.камня при В/Ц = 0,5 достигает 61%, то в бетоне при расходе воды 170л и цемента 340кг она уменьшается до 17%. Изменение пористости бетона во времени показано на рис.3 чертежа. При изменении расхода Ц и В пористость также изменяется; ориентировочно можно считать, что для понижения капиллярной пористости на 1% необходимо уменьшить расход воды на 10л/м3 или на 20…35кг/м3 увеличить расход Ц. Понижение капиллярной пористости ведет к повышению прочности и стойкости бетона, поэтому на производстве стремятся готовить бетонную смесь с минимальным расходом воды, допустимым по условиям формования конструкции или изделия.

Оптимальное уменьшение пористости бетона можно достигнуть, если при определении его состава использовать наиболее плотную упаковку твердой фазы. Учитывая значительную разницу в размерах частиц, рационально разделить их на группы соответствия, добиваясь в каждой наиболее плотной упаковки и наименьшей пустотности. В каждой группе частицы одной фазы отличаются по размерам от частиц другой фазы на порядок и больше. Можно выделить 3 группы: щебень-песок, заполнитель-цемент, смесь цемента с заполнителем – супертонкий минеральный компонент, например, микрокремнезем. Располагаясь в пустотах щебня, песок уменьшает пустотность системы щебень-песок, цемент уменьшает пустотность системы цемент-заполнитель, а микрокремнезем заполняет наиболее мелкие пустоты, обеспечивая минимальную пустотность твердой фазы бетона. Если пустотность песка и щебня составляет 40-45%, то пустотность их смеси 20-25%, пустотность цемент-заполнитель 12-14%, а при введении микрокремнезема она снижается до 7-10%. Это усредненные показатели, в действительности от свойств составляющих бетона и его состава, который должен удовлетворять ряду технологических и конструктивных требований, пустотность может изменяться в несколько других соотношениях, но основная тенденция уменьшения пустотности за счет заполнения пустот в более крупной твердой фазе частицами более мелкой фазы сохраняется.

Определенное влияние на эту зависимость будет оказывать и склонность мельчайших частиц к агрегированию, так как в агрегатах наблюдается более рыхлая упаковка, что препятствует получению минимальной пустотности твердой фазы. В технологии используют специальные приемы, уменьшающие агрегацию частиц Ц и микронаполнителя: введение спец.добавок, механическая активация смеси и другие.

Частицы Ц, особенно наиболее тонкие, и микронаполнителя имеют малый вес и большую удельную поверхность. Влияние сил гравитации, обеспечивающих получение плотных упаковок твердой фазы, в них очень мало и возрастают силы поверхностного взаимодействия, затрудняющие упаковку частиц. В этом случае большое значение приобретают внешние силы, например, влияние пригруза щебнем, весом вышележащих слоев бетона или специальные способы формования бетонных изделий, обеспечивающие уплотнение смеси под давлением, использование спец.добавок, способствующих более плотной укладке твердой фазы. Применение спец.технологических приемов в определенных случаях будет соответствовать получению более плотной первоначальной структуры твердой фазы бетона.

Для практических целей часто требуется знать сроки схватывания бетонной смеси. Их определяют по изменению предельного напряжения сдвига, по скорости прохождения удьтразвука или по кривым тепловыделения. Кривые нарастания структурной прочности, скорости ультразвука или тепловыделения имеют 2 характерных участка. 1-й участок, по времени совпадающий со скрытым периодом гидратации, характеризуется незначительным повышением структурной прочности. Бетонная смесь сохраняет свойства структурированной жидкости. Затем наступает 2-й период гидратации, бетонная смесь схватывается, что вызывает резкое увеличение структурной прочности, скорости ультразвука и тепловыделения.

Время от начала затворения до момента резкого возрастания прочности называют периодом формирования структуры. Его продолжительность зависит для цем.теста от концентрации Ц, т.е. от В/Ц теста. Повышение концентрации повышает сроки схватывания. Плотность и пористость образующейся к концу периода формирования твердой матрицы также зависят от В/Ц. эта матрица, образованная от первичных продуктов гидратации Ц, представляет собой «первоначальный каркас», оказывающий заметное влияние на будущую структуру цем.камня.

Дальнейшее упрочнение структуры происходит за счет роста новообразовании внутри сложившейся матрицы и соответствует 3-й стадии гидратации. К концу периода формирования структуры цем.тесто превращается в камень, совершается довольно резкий переход от пластической прочности цем.теста к хрупкой прочности затвердевшего цем.камня.

В бетонной смеси на сроки схватывания существенное влияние оказывает заполнитель. Введенный в цем.тесто заполнитель вследствие проявления поверхностных сил сокращает период формирования структуры, причем чем выше содержание заполнителя и его удельная поверхность, тем больше его влияние. Это аналогично уменьшению В/Ц, поэтому для расчета условно можно принять, что свойства бетонной смеси определяются несколько меньшим В/Ц, чем В/Ц затворения. Определить количество воды, как бы отвлекаемой заполнителем, можно путем сравнительного определения соков схватывания цем.теста и бетонной смеси, например, по результатам ультразвуковых испытаний. Для того, чтобы достигнуть тех же сроков схватывания, какие имеет цем.тесто, необходимо увеличить количество воды в растворе или бетоне. Оказалось, что водопотребность песка или щебня, определенная из условий постоянства сроков схватывания, имеет те же значения, что водопотребность, определенная из условия равноподвижности бетонной смеси.

Если известны водопотребность П или Щ, то можно определить эффективное В/Ц, которое будет определять сроки схватывания бет.смеси.

Бет.смесь должна укладываться в дело до начала схватывания. Воздействие на нее после схватывания приводит к нарушению структуры и снижению прочности бетона.

Заполнитель оказывает существенное влияние на структурообразование бетона после затвердения бетонной смеси. Заполнитель может создавать жесткий каркас, упрочняющий структуру на 1-й стадии ее формирования. Наличие заполнителя существенным образом влияет на условия твердения цем.камня. В бетоне взаимодействия Ц с В и его твердение происходят в тонких прослойках между зернами заполнителя при постоянном взаимодействии с ним. Заполнитель повышает водоудерживающую способность цем.теста, ограничивает усадочные деформации, способствует образованию кристаллического каркаса цем.камня, влияет на изменение температуры и влажности в твердеющем цем.камне. таким образом, заполнитель оказывает существенное влияние на формирование структуры цем.камня и бетона. Это обычно учитывается при определении свойств и проектировании состава бетона.

Для удобства расчетов и прогнозирования свойств бетона процесс формирования его структуры можно разбить на 3 периода: первоначальный, в процессе которого бет.смесь превращается в бетон, последующий, во время которого структура бетона постепенно упрочняется, и третий, когда структура стабилизируется и почти не изменяется со временем(рис.3).

Рис.3.Расчетные периоды структуро-

образования: 1-период образования

первоначальной структуры; 2-период

упрочнения структуры; 3-период

стабилизации структуры.

Границей между 1-м и 2-м периодами является точка А, определяющая момент, когда первоначальная структура бетона уже возникла и в дальнейшем происходит лишь ее упрочнение. В этом случае изменение прочности бетона в последующем периоде подчиняется логарифмическому закону, что позволяет более точно прогнозировать изменение свойств бетона во времени. В общем виде прочность бетона будет описываться выражением:

R = R + R,

где R – прочность первоначальной структуры бетона;

R = f(t,Т) – прочность бетона, приобретаемая в процессе последующего твердения и зависящая от времени и температуры твердения.

При очень слабой первоначальной структуре значением R можно пренебречь. Продолжительность первоначального твердения, составляющую несколько часов, обычно не учитывают, когда определяют прочность бетона при нормальном твердении. Но при прогнозировании прочности бетона при ТО, сроки которой соизмеримы с продолжительностью первоначального твердения, последнюю необходимо учитывать в расчетах.

В процессе формирования структуры бетона и ее последующего твердения изменяется не только прочность бетона, но и другие свойства: пористость, тепловыделение, электропроводность и т.д. процессы формирования структуры сопровождаются объемными изменениями: в зависимости от условий твердения бетон может либо увеличиваться, либо уменьшаться в объеме; последнее происходит чаще и носит название усадки. Все эти изменения более значительны на первоначальном формировании структуры и особенно в период превращения псевдожидкой структуры бетонной смеси в твердую структуру бетона и постепенно затухают с возрастом бетона.

Изменения свойств бетона определяются главным образом гидратацией цемента, поэтому свойства последнего оказывают на эти закономерности решающее влияние. Процесс гидратации является ведущим, и его протекание определяет изменение структуры и свойств бетона. Другие факторы (состав бетона, свойства заполнителя и т.д.) хотя и влияют на изменение структуры и свойств бетона, но их влияние на кинетику изменения свойств бетона является вторичным и обуславливается в известной мере их воздействия на процессы гидратации Ц и структурообразования цем.камня. постепенное затухание изменений свойств бетона во времени и их стабилизация объясняются постепенным затуханием процесса гидратации Ц.

Влияние отдельных факторов на свойства бетона в процессе изменения его структуры и при эксплуатации может изменяться.

Структура бетонной смеси сохраняется и при затвердевании. Поэтому структуру бетона следует классифицировать по содержанию цем.камня и его размещению в бетоне. Однако на свойства бетона определяющее влияние оказывает его плотность или пористость. При прочих равных условиях объем и характер пористости, а также соотношение в свойствах отдельных составляющих бетона определяют его основные технические свойства, долговечность, стойкость в различных условиях. В этой связи целесообразно классифицировать структуру бетона с учетом ее плотности.

Рис.4.Основной тип макроструктуры бетона.

а) Плотная

б) Плотная с пористым заполнителем

в) Ячеистая

г) Зернистая

R- средняя прочность структуры;

RиR- прочности составляющих бетона.

Плотная структура (тис.4), в свою очередь, может иметь контактное расположение заполнителя, когда его зерна соприкасаются друг с другом через тонкую прослойку цем.камня, и «плавающее расположение заполнителя», когда его зерна находятся на значительном удалении друг от друга. Плотная структура состоит из сплошной матрицы твердого материала, в которую вкраплены зерна другого крупного материала, достаточно прочно связаны с материалом матрицы.

Наибольшей прочностью обладают материалы с плотной структурой. Плотные материалы менее проницаемы чем ячеистые.

Большое влияние на свойства материала оказывает размер зерен, пор или других структурных элементов. В этой связи в бетоне различают макро- и микроструктуру. Под макроструктурой понимают структуру, видимую глазом или при небольшом увеличении. В качестве структурных элементов здесь различают крупный заполнитель, песок, цем.камень, воздушные поры. Иногда для анализа и построения технологических расчетов условно принимают макроструктуру, состоящую из 2-х элементов, крупного заполнителя и раствора, в котором объединяются цементный камень и песок. Микроструктурой называют структуру, видимую при большом увеличении под микроскопом. Для бетона большое значение имеет микроструктура цем.камня, которая состоит из непрореагировавших зерен цемента, новообразований и микропор различных размеров. По своему строению она напоминает бетон (если считать непрореагировавшие зерна заполнителя).

Цем.камень является основным компонентом бетона, определяющим его свойства и долговечность. Основной составляющей микроструктуры цем.камня являются гидросиликаты кальция.

Гидросиликаты кальция создают определенную пространственную структуру, которая включает непрореагировавшую часть зерен Ц с оболочкой новообразований в виде системы глобул и межзерновое пространство, заполненной в той или иной мере новообразованиями. Гидросиликаты кальция имеют кристаллическое и полукристаллическое или аморфное строение. Кристаллические продукты, имеющие различные размеры кристаллов, чаще появляются при тепловой, особенно автоклавной, обработке и при кристаллизации новообразований и межзерновом пространстве и порах. В цем.камне нормального твердения и в оболочке новообразований вблизи границы с исходным материалом, где возможности роста кристаллов ограничены, преобладают гелеобразные субмикрокристаллические продукты гидратации.

Состав и строение гидросиликатов зависят от отношения СаО к SiO2(C/S). Наиболее распространены гидросиликаты кальция тоберморитовой группы. При нормальном твердении образуются минералы типа CSH(I) и CSH(II), различающиеся по составу и степени закристаллизованности. Обозначение CSH(I) относится к гидросиликатам кальция переменного состава с соотношением C/S = 0,8…2, обозначение CSH(II) – к гидросиликатам кальция с соотношением C/S = 1…1,5.

Кристаллические минералы группы тоберморита имеют несколько разновидностей, различающихся межплоскостным расстоянием и количеством межслоевой воды. Тоберморит C5S6H5 с расстоянием 11,3А называют «нормальным»; если в нем кремний замещен алюминием, то его называют АI – замещенным. Тоберморит чаще образуется при повышенных температурах. В материалах автоклавного твердения распространен минерал ксонотлит C3S3H, а также минералы типа - гидрата C2S (C2SH ), 3-хкаьциевого гидросиликата C3Sh4 и др.

Полукристаллические и аморфные формы гидросиликата кальция обозначают C – S – H, подразумевая неопределенность состава. Кристаллы гидроксида кальция выделяются в поровом пространстве между клинкерными зернами, на поверхности воздушных пор, в системе гидросиликатного геля, иногда срастаясь с кристаллами других минералов. Кристаллы различной формы образуют гидроалюминаты кальция и гидросульфоалюминаты.

Продукты гидратации алита – основного минерала цементного камня – образуют, по современным воззрениям, две оболочки; «внешнюю» - кристаллическую и «внутреннюю» - аморфную. Внешняя оболочка складывается из кристаллов различных минералов в зависимости от условий твердения и других факторов и может содержать материалы смене оформленной структурой, особенно если поровое пространство ограниченно. Внутренняя оболочка содержит слабо закристаллизованные продукты гидратации переменного состава, по соотношению C / S приближающиеся к исходному материалу. Граница между остаточным зерном C3S и внутренней оболочкой четкая, а граница между внутренней и внешней оболочкой расплывается. В этой зоне могут возникнуть микротрещины от усадки, нагревания и других видов воздействий.

Цем.камень содержит участки с различной структурой, сложенные разными минералами. Его строение отличается сложностью, многообразием и неоднородностью. Неоднородность строения обусловлена тем, что цем.камень состоит из глобул цем.зерен с постепенно убывающей к их поверхности плотностью, контактной зоны между глобулами, состоящей из различных новообразований, а также включает поры, неплотности и дефекты структуры. Необходимо учитывать и химическую неоднородность камня, т.е. то, что отдельные участки состоят из отличающихся друг от друга минералов и в некоторых местах возможно значительное увеличение содержания отдельных компонентов по сравнению с их средним значением, определяемым физико-химическим анализом. Микроструктура и неоднородность цем.камня существенно влияет на его прочность и другие свойства.

Свойства цем.камня зависят от его минералогического состава. Изменяя минералогический состав вяжущего и условия твердения, можно получать различные типы микроструктуры цем.камня. В технологии бетона используются различные вяжущие вещества, применяются разнообразные условия твердения бетона, что обуславливает различные типы микроструктуры цем.камня.

Вблизи зерен заполнителя в результате влияния его поверхностных сил и ряда других причин микроструктура цем.камня может несколько изменяться по сравнению со структурой основной массы, поэтому часто рассматривают особо микроструктуру и свойства контактной зоны между цем.камнем и заполнителем, выделяя ее в виде отдельного структурного элемента.

Рис.5.Изменение микротвердости Н цем.

камня в контактной зоне у поверхности

заполнителя: 1-гранит; 2-кварц.

Определенное влияние на свойства бетона оказывает также микроструктура заполнителя. На рис.5 приведены данные опытов, показывающие изменение свойств материала в контактной зоне. Рассмотренная выше классификация структур применима как к макроструктуре, так и микроструктуре бетона, а данные опытов подтверждают, что при рассмотрении бетонов особое внимание надо обращать на контактную зону цем.камня и заполнителя.

Структура бетона, как правило, изотропна, т.е. ее свойства по разным направлениям одинаковы. Однако путем особых приемов формования или введения специальных структурообразующих элементов структуре бетона может быть придана анизотропность, т.е. ее свойства в одном направлении будут заметно отличаться от свойств в другом направлении. Примером может служить бетон на заполнителе с лещадными зернами, ориентированными в определенном направлении (рис.6).

Рис.6.Прочность бетона с лещадным

заполнителем.

Для различных видов бетона характерна своя структура. Для тяжелых бетонов характерна плотная структура. Подразделение на типы структур условно, в действительности структура бетона отличается большей сложностью, в плотной структуре тяжелого бетона цем.камень имеет значительное количество пор. Однако представление о различных типах структур позволяет более четко проектировать состав бетона, используя характерные для каждого случая зависимости.

Бетоны являются искусственными каменными материалами. Известно, что прочность подобных материалов зависит от их плотности, так как она определяет плотность упаковки структурных элементов, объем и характер дефектов (пор, микротрещин и др.). Значение величины физической связи между молекулами у бетонов на различных материалах близки между собой, и прочность в основном обуславливается плотностью бетона и характером его структуры.

В общем виде зависимость прочности бетона от его плотности может быть представлена выражением

R = R (p/p ) ,

где R - прочность материала при плотности р ; n –показатель степени, зависящий от структуры материала.

Структура бетона неоднородна. Отдельные объемы материала могут значительно отличаться по своим свойствам, что оказывает заметное влияние на суммарные свойства материала. Могут различаться по свойствам не только цем.камень и заполнитель, но и отдельные зерна заполнителя друг от друга и отдельные микрообъемы цем.камня.

Элементарная ячейка бетона показана на рис.4 чертежа. Наглядно видна неоднородность структуры, включающий плотный и прочный материал с разными свойствами, переходные зоны, пустоты. Неоднородность структуры обуславливает неоднородность прочности бетона по объему. На рис.7 показано возможное изменение прочности бетона по сечению. Структура и свойства бетона могут колебаться в незначительных пределах в рузных изделиях и образцах, даже изготовленных из одногои того же состава.

Неоднородность структуры и свойств требует применения к оценке бетона вероятностно-статистических методов и должна учитываться при проектировании и организации производства Б и ЖБК.

Рис.7.Неоднородность структуры и

прочности бетона по сечению

образца или изделия.

В бетоне в зависимости от предъявляемых проектом требований к показателям свойств используют различное соотношение между составляющими. На качество структуры материала влияют различия в их структуре и свойствах и их распределение по микро- и макрообъемам бетона, в том числе равномерность распределения жидкой и воздушной фазы в первоначально сформированной структуре бетона. При расслоении бетонной смеси при высоких значениях В/Ц или при ее недоуплотнении при низких значениях В/Ц в бетоне возникают дефекты, которые практически невозможно залечить в процессе последующей гидратации Ц, что ведет к снижению прочности и особенно долговечности бетона.

В бетоне различают макрорасслоение, когда нарушается равномерность распределения твердой фазы, например, тяжелый заполнитель опускается вниз или очень легкий поднимается в верхнюю часть образца или изделия, и микрорасслоение на уровне цем.камня, когда его отдельные объемы имеют различное В/Ц и структуру, например, вследствие опускания под действием сил тяжести частиц Ц в цементном тесте с высоким В/Ц. поскольку структура цементного камня является определяющей для получения качественного бетона, то микрорасслоение крайне не желательно.

Определить границы изменения В/Ц, при которых бетонная смесь и бетон остаются доброкачественными и не наблюдается расслоения или недоуплотнения можно используя понятие истинного В/Ц, т.е. прогнозируя поведение цем.теста и камня непосредственно в бетоне. Структура бетона будет доброкачественной, если В/Ц = (0,86…1,65)НГ.

studfiles.net

GardenWeb

Категория: Бетонные работы

Бетонная смесь представляет собой многокомпонентную систему, состоящую из цемента, воды и заполнителя. Заполнитель, в свою очередь, также является совокупностью мелких и крупных частиц. В ряде случаев в смесь вводят специальные добавки. В процессе ее приготовления часть объема занимает воздух. Таким образом, смесь представляет собой многофазную среду, которая по сбоим свойствам занимает промежуточное положение между вязкими жидкостями и сыпучими средами.

Свойства смеси зависят от количественного соотношения различных фаз, которые в целом определяют ее структуру.

По количественному состоянию растворной составляющей и заполнителя можно выделить три типа структур бетонной смеси.

В первой структуре зерна крупного заполнителя раздвинуты и не взаимодействуют между собой. Такая структура отличается более высоким содержанием цементного теста, и ее свойства в целом определяются этим компонентом. Это так называемая смесь с плавающим заполнителем, который при транспортировании, укладке и уплотнении смеси может оседать или всплывать, что значительно снижает однородность бетона и его прочностные характеристики.

Во второй структуре цементная прослойка только незначительно раздвигает заполнитель и его зерна перекрывают друг друга — образуется плотная упаковка заполнителя. В отличие от первого типа рассматриваемая структура обладает меньшими подвижностью и текучестью.

Третья структура представляет собой крупнопористую смесь с недостатком цементного теста, зерна заполнителя контактируют друг с другом. В пространстве между частицами имеются воздушные полости.

Анализируя три типа структур, можно сделать вывод, что в первом случае наблюдается избыток цементного теста, в последнем — недостаток. Физико-механические свойства бетона структуры первого типа определяются только свойствами цементного теста, в бетонах структуры второго, а особенно третьего типов заполнители существенно влияют на физико-механические и технологические свойства смеси. Бетоны второй и третьей структур характеризуются меньшим расходом цемента, что снижает их стоимость, но усложняет процесс укладки и получения плотных бетонов.

Структура тяжелых бетонных смесей относится ко второму типу. Эти смеси наиболее экономичны, легко уплотняются, образуя достаточно плотную структуру. Цементное тесто играет роль смазки между частицами заполнителя; при повышении водоце-ментного отношения свойства смеси приближаются к свойствам вязкой жидкости. Такая смесь хорошо транспортируется и укладывается в дело.

Вода в бетонной смеси находится в двух состояниях: химически связанном и свободном. Химически связанная — это вода, необходимая для процесса твердения (гидратации) цемента, она вступает в реакцию с цементом. Свободная вода в виде тонких пленок обволакивает частицы заполнителя. С увеличением содержания воды повышается подвижность цементного теста, но, как правило, снижаются его связующие свойства.

На свойства бетона существенное влияние оказывает плотность или пористость бетонной смеси. С учетом этого фактора (по классификации проф. Ю. М. Баженова) структура бетона может быть разделена на четыре типа (рис. 2): плотная, с пористым заполнителем, ячеистая и зернистая.

Первый тип — плотная структура — состоит из сплошной матрицы цементного камня, в которую вкраплены зерна плотного заполнителя, достаточно прочно связанные с цементным камнем. Между зернами заполнителя может быть много прослойки (в которой они находятся как бы в плавающем положении) или немного. В случае, когда прослойка настолько тонка, что зерна контактируют между собой, прочность бетона будет определяться механическими характеристиками заполнителя и в меньшей степени матрицей цементного камня.

Второй тип состоит также из сплошной матрицы, но в нее вкраплен пористый заполнитель. При этом цементный камень проникает в поры и неровности заполнителя, чем обеспечивается их прочное сцепление, и основную прочность несет матрица, которая служит как бы каркасом в системе.

Третий тип — ячеистая структура, которая представляет собой матрицу с пустотами, причем пустоты замкнуты и не соединяются друг с другом. В зависимости от концентрации пустот и размеров ячеек могут быть крупно- и мелкопористые ячеистые бетоны.

Четвертый тип — зернистая структура — представляет собой совокупность скрепленных между собой зерен твердого материала. Пористость такого материала непрерывна, т. е. воздушные поры сообщаются друг с другом.

Наибольшей прочностью из всех рассмотренных обладают плотные структуры бетона.

Мы рассмотрели так называемые макроструктуры бетонов, т. е. структуры, видимые невооруженным глазом. Определенное влияние на свойства бетона оказывает также микроструктура бетона. Изменяя минералогический состав вяжущего и условия твердения, можно получать различные микроструктуры цементного камня: ячеистую, зернистую, волокнистую или сотовую.

Рис. 2. Макроструктура бетонов: / — плотная. // — плотная с пористым заполнителем, III — ячеистая, IV — зернистая; 1 — матрица из цементного камня, 2 — заполнитель

Микроструктура существенное влияние оказывает на прочность матрицы и в целом бетона. Оценивают ее и рассматривают под микроскопом.

Бетонные работы - Структура бетонной смеси и бетона

gardenweb.ru

Структура и свойства тяжелого бетона - Бетоны

vest-beton.ru

Тяжелый бетон применяют наиболее часто для изготовления монолитных сооружений и сборных конструкций.

Затвердевший бетон относится к материалам составного (конгломератного) типа, так как включает в себя заведомо разнородные элементы — зерна заполнителей, скрепленные цементным камнем.

Структура бетона. В ней выделяют три элемента: цементный камень, заполнитель и зону контакта между ними. Количественные соотношения и качественное различие этих элементов предопределяют характер структуры и свойства бетона. Различают макро- и микроструктуру бетона.

Макроструктура (рис. 32) зависит от соотношения между компонентами бетона, а также однородности их распределения. Надо учитывать и воздушные пустоты, возникающие вследствие недоуплотнения бетонной смеси. Большое влияние на свойства бетона оказывают также усадочные трещины, образующиеся в цементном камне и контактной зоне и нарушающие монолитность бетона.

Микроструктура затвердевшего бетона характеризуется составом и строением твердого вещества, размерами и характером пор, а также’ строением контактной зоны между заполнителем и цементным камнем. Цементный камень скрепляет все компоненты бетона в единое целое. Поэтому к важнейшим свойствам, определяющим качество цементного камня, относятся прочность и адгезия, т. е. способность к сцеплению с зернами запол-’ нителя. В состав цементного камня входят продукты гидратации цемента и многочисленные включения в виде негидратированных зерен клинкера и минераль! ных добавок. Продукты гидратации представлены в основном мельчайшими кристаллами гидросиликатов кальция и, кроме того, более крупными кристаллами гидроксида кальция.

Свойства бетона. Основные показатели качества тяжелого бетона — прочность на сжатие и растяжение, морозостойкость, водонепроницаемость.

Прочность бетона в проектном возрасте характер ризуют классами прочности на сжатие и осевое рас* тяжение. Отличительная особенность бетонных paJ бот — значительная неоднородность получаемого бетона. Чем выше культура строительства, лучше качество приготовления и укладки бетона в конструкции, тем меньше колебания прочности. Следовательно, важно не только получить бетон заданной средней прочности, но и обеспечить ее во всем объеме изготовляемых конструкций.

Рис. 32. Схематическое изображение макроструктуры бетона: 1 — крупный заполнитель, 2 —растворная часть, 3 — воздушные поры

Показателем, который учитывает возможные колебания качества, является класс бетона. Класс бетона— численная характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью (обычно 0,95). Это значит, что установленное классом свойство, например прочность бетона, достигается не менее чем в 95 случаях из 100.

Понятие «класс бетона» позволяет назначать прочность с учетом ее фактической или возможной вариации. Чем меньше изменчивость прочности, тем выше класс бетона при одной и той же его средней прочности.

ГОСТ 26633—85 устанавливает следующие классы тяжелого бетона по прочности на сжатие: 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 50; 55 и 60. Класс по прочности на сжатие обозначают латинской буквой В, справа от которой приписывают его предел прочности в МПа. Так, у бетона класса В15 предел прочности при сжатии не ниже 15 МПа с гарантированной обеспеченностью 0,95.

В необходимых случаях устанавливают также класс бетона по прочности на осевое растяжение, обозначаемый индексом В*. Для тяжелого бетона приняты следующие классы: В

stroy-server.ru

Структура бетонной смеси | Будмаш

Структура бетонной смеси

Бетонной смесью принято называть рационально составленную и однородно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения.

Бетонная смесь по своему составу и качественным признакам должна не только обеспечивать получение бетона с заданными свойствами, но и удовлетворять определенным технологическим требованиям, связанным с выбором оборудования для приготовления, укладки и уплотнения смеси. А качество бетонной смеси в свою очередь зависит от ее состава и структуры и свойств исходных материалов.

 

Структура бетонной смеси

По своим свойствам бетонная смесь занимает промежуточное положение между вязкой жидкостью и твердым телом.

От вязких жидкостей бетонные смеси отличаются тем, что обладают некоторой прочностью структуры или структурной вязкостью за счет внутренних сил вязкого трения, которого не существует в истинно вязких жидкостях.

От твердых тел бетонные смеси отличаются тем, что не обладают достаточной упругостью формы и способны даже при незначительных нагрузках к пластическим необратимым деформациям течения.

Бетонная смесь похожа на структурированную вязкую жидкость. Это обусловлено следующими факторами:

1 – цементные частицы имеют малый размер, в результате цементное тесто отличается высокоразвитой поверхностью раздела фаз. Это сказывается на количестве адсорбционно связываемой воды и на развитии молекулярных сил сцепления между цементными частицами;

2 – в процессе смешивания с водой и началом гидратации образуются еще более мелкие коллоидные частицы, придающие всей системе коллоидные свойства;

3 – в цементном тесте пространственная структура создается в результате действия сил молекулярного сцепления между частицами, окаймленными пленками воды. Пленки эти в свою очередь создают непрерывную пространственную сетку в структуре цементного теста, придавая ему высокую степень пластичности.

Прочность начальной структуры (структурная вязкость цементного теста) зависит:

1 – от концентрации цементных частичек в водной суспензии;

2 – от срока прошедшего с момента затворения цемента водой;

3 – от температуры среды.

Свойства бетонной смеси и цементного теста зависят от содержания воды. Вода в бетонных смесях находится в различных состояниях (см. табл. 2).

Таблица 2. Вода в бетонной смеси

Характер связи

Причины образования связи

Относительное содержание воды, % от общего количества

В свежеприготовленной смеси

В период схватывания

Химически связанная

Гидратация

1 - 2

4 - 5

Физико-химическая

Адсорбция на твердых частицах

3 - 5

20 – 25*

Механическая, структурная

Захват воды в тонкие капилляры, поры

93 – 95**

70 – 75**

* - повышение из-за увеличения продуктов новообразований:

** - эта вода определяет подвижность теста.

 

При содержании в бетонной смеси цементного теста в количестве, достаточном для создания сплошной среды, в которой зерна мелкого и крупного заполнителя размещены так, что они не соприкасаются друг с другом, бетонная смесь приобретает свойства вязко-пластичного тела и обладает примерно такими же реологическими характеристиками, как и цементное тесто.

В зависимости от соотношения между цементным тестом и заполнителем можно выделить три основные структуры бетонной смеси (рис. 1):

1 – смесь с плавающим заполнителем – зерна заполнителя раздвинуты на значительное расстояние и практически между собой не взаимодействуют;

2 – смесь с плотной упаковкой заполнителей – цементное тесто лишь заполняет поры между зернами заполнителя с незначительной раздвижкой зерен слоем обмазки. Для придания этой смеси той же подвижности, что и смеси «1», требуется более интенсивное воздействие или увеличение В/Ц;

3 – крупнопористая смесь - с недостатком цементного теста, которое только обмазывает зерна заполнителя слоем небольшой толщины, а поры между зернами заполняет лишь частично.

Рисунок 1.  Типы структур бетонной смеси:

I – смесь с плавающим заполнителем;  II – смесь с плотной упаковкой заполнителей;  III - крупнопористая смесь с недостатком цементного теста

 

Каждая структура имеет свои закономерности, определяющие ее свойства и влияние на них различных факторов.

Для «1» решающее значение имеют свойства цемента. Реология – как у вязких жидкостей. Для «II» - возрастает роль заполнителя и трения между его зернами. Для «III» - реологические свойства должны описываться с учетом сил внутреннего (сухого) трения.

Обычные бетонные смеси относятся ко «II» типу структур. Такие структуры позволяют получать нерасслаиваемые бетонные смеси заданной подвижности при минимальном расходе цемента. Тип «1» - цементно-песчаная смесь с повышенным расходом вяжущего. «III» тип - беспесчаные бетонные смеси (для крупнопористого бетона), тощие строительные растворы.

Структура бетонной смеси в процессе ее приготовления, транспортирования и укладки может претерпевать изменения, вызываемые осаждением твердых частиц под действием сил тяжести.

Перераспределение твердых частиц по объему смеси называется расслоением или седиментацией. Здесь можно различить два процесса:

1 – происходит осаждение крупных тяжелых зерен, в результате уплотняется смесь в нижней части формы, а лишняя вода отжимается наверх или скапливается под зернами заполнителя;

2 – цементные зерна вследствие их малой величины также отжимаются наверх, но с меньшей скоростью. Обычно этот процесс развивается в порах между заполнителями.

При использовании легких заполнителей может наблюдаться обратная картина: зерна заполнителя всплывают, а раствор скапливается в нижних частях формы. Вероятность расслоения тем выше, чем больше разница в плотностях отдельных видов твердых частиц.

Расслоение может возникнуть в процессе укладки и уплотнения. Длительное вибрирование, вызывая разжижение смеси, будет способствовать ее расслоению, особенно в подвижных смесях.

Склонность к расслоению зависит:

- от структуры бетонной смеси (большая у «1» типа, меньшая – у «II», имеющего оптимальную структуру;

- от расхода воды и В/Ц (тем больше, чем больше воды).

Склонность к расслоению можно уменьшить, применяя химические (гидрофобные вещества, стабилизаторы) или тонкомолотые добавки.

 

 

Купить строительное оборудование

budmash.ua

Структура - бетон - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Структура - бетон

Cтраница 1

Структура бетона оказывает большое влияние на прочность и деформативность бетона. Чтобы уяснить этот вопрос, рассмотрим схему физико-химического процесса образования бетона. При затворении водой смеси из заполнителей и цемента начинается химическая реакция соединения минералов цемента с водой, в результате которой образуется гель - студнеобразная пористая масса со взвешенными в воде, еще не вступившими в химическую реакцию, частицами цемента и незначительными соединениями в виде кристаллов. В процессе перемешивания бетонной смеси гель обволакивает отдельные зерна заполнителей, постепенно твердеет, а кристаллы постепенно соединяются в кристаллические сростки, растущие с течением времени. Твердеющий гель превращается в цементный камень, скрепляющий зерна крупных и мелких заполнителей в монолитный твердый материал - бетон.  [1]

Структура бетона оказывает большое влияние на прочность и деформативность бетона. Чтобы уяснить этот вопрос, рассмотрим схему физико-химического процесса образования бетона. При затворении водой смеси из заполнителей и цемента начинается химическая реакция соединения минералов цемента с водой, в результате которой образуется гель - студнеобразная пористая масса со взвешенными в воде, еще не вступившими в химическую реакцию, частицами цемента и незначительными соединениями в виде кристаллов.  [2]

Структура бетона, обусловленная неоднородностью состава и различием способов приготовления, приводит к тому, что при испытании образцов, изготовленных из одной и той же бетонной смеси, получают неодинаковые показатели прочности.  [3]

Структура бетона образуется в результате схватывания бетонной смеси и последующего твердения. Образовавшаяся после твердения бетонной смеси структура бетона с плотными заполнителями представляет собой цементный камень с утопленными в нем зернами заполнителя, имеющий множество пор и пустот разных размеров и происхождения. В бетоне различают макроструктуру, представленную системой щебень - цементно-песчаный раствор; мезоструктуру, показывающую строение системы песок - цементный камень, и микроструктуру - тонкое строение цементного камня и заполнителя.  [4]

Структуру бетона изучают на различных уровнях. Макроструктуру наблюдают невооруженным глазом или при небольшом увеличении. В качестве структурных элементов здесь выделяют крупный заполнитель, песок, цементный камень, воздушные поры. Иногда удобно принимать макроструктуру, состоящую из двух элементов: крупного заполнителя и растворной части, в которой объединяются цементный камень и песок. Микроструктуру наблюдают при большом увеличении под микроскопом. Так изучают структуру цементного камня, которая состоит из непрореагировавших зерен цемента, дисперсных частиц наполнителя, новообразований и микропор различных размеров. Большое значение для свойств бетона имеет различный характер микроструктуры цементного камня в объемном ( в порах между зернами заполнителя) и пленочном ( на их поверхности) состояниях. В межзерновом пространстве и крупных порах чаще появляются новообразования в кристаллическом виде. В оболочке новообразований вблизи границы с поверхностью заполнителя ( контактной зоне), где возможности роста кристаллов ограничены, преобладают гелеоб-разные субмикрокристаллические продукты гидратации с повышенной связностью. Поэтому прочность цементного камня в пленочном состоянии выше, чем в объемном, и контактные зоны в бетоне имеют повышенную прочность, что благоприятно сказывается на прочности бетона в целом.  [5]

Микроразрушение структуры бетона под нагрузкой не представляет собой процесс раскрытия микротрещин, первоначально образовавшихся в структуре бетона во время твердения бетонной смеси. Диаграмма состояний характеризует процессы уплотнения, разуплотнения и зарож-дениянмикроразрушений сложной неоднородной структуры бетона и развитие их под действием усилий. В некоторых работах [156] предполагалось, что микроразрушение бетона - это процесс раскрытия микротрещин, образовавшихся на поверхности крупного заполнителя, так как прочность сцепления цементного камня с поверхностью заполнителя оказалась низкой, поскольку практически отсутствовало сцепление на участках микротрещин, образовавшихся при твердении бетона. Из более поздних американских работ [125, 194] можно сделать вывод, что микротрещины на поверхности цементного камня с заполнителем развиваются из-за пониженной прочности сцепления гравия и некоторых других крупных заполнителей.  [6]

Недостатки структуры бетона в некоторой степени могут быть компенсированы увеличением толщины защитного слоя.  [7]

Нарушению структуры бетона при температуре нагрева до 100 С способствует также и то обстоятельство, что коэффициент температурного расширения воды во много раз превосходит коэффициент температурного расширения цементного камня и заполнителя. Это приводит к усилению расклинивающего действия водных пленок, обволакивающих цементный камень и заполнитель.  [9]

Изменение структуры бетона вызывает повышение его прочности при благоприятных температуре и влажности. Первые 7 суток после изготовления прочность бетона нарастает быстро, в дальнейшем же, особенно после 28 суток, этот процесс замедляется.  [10]

На структуру бетона значительное влияние оказывает пористость цементного камня, обусловливаемая начальным содержанием воды в бетонной смеси. Известно, что количество воды, применяемой для приготовления бетонной смеси ( или раствора) требуемой подвижности, в 2 - 3 раза превышает количество воды, химически связываемой цементом в процессе твердения. Большая часть воды затворения, находящаяся в полусвязанном или в свободном состоянии, вместе с воздухом, попавшим в бетон во время перемешивания смеси, образует в затвердевающем цементном камне мелкие поры и капиллярные ходы, рассеянные по всей массе камня. Общий объем таких пор составляет в среднем от 25 до 40 % от объема цементного камня. Поры в цементном камне в зависимости от их диаметра, возраста и влажности бетона заполнены водой, водяными парами или воздухом. При уменьшении количества воды в бетонной смеси уменьшается пористость и повышается плотность структуры цементного камня, а зто приводит к повышению прочности, уменьшению проницаемости для агрессивных растворов и повышению морозостойкости бетона.  [11]

На структуру бетона оказывает значительное влияние пористость цементного камня, связанная с начальным содержанием воды в бетонной смеси. Для получения удобоукл адываемой бетонной смеси в нее вводят в 2 - 3 раза больше воды, чем требуется на реакцию с цементом. Таким образом, большая часть воды затворения оказывается в свободном состоянии и образует в затвердевшем камне множество мелких пор.  [12]

Характерная особенность структуры бетона - наличие открытых и закрытых пор, причем стенки тех и других покрыты пленкой гидроокиси кальция. Структура затвердевшего цементного замеса характеризуется большим количеством негидратированных частиц цемента, окруженных продуктами гидратации, а также локальными скоплениями гидроокиси кальция. В результате реакций различных веществ с гидроокисью кальция образуются соединения, которые переходят в кристаллическую фазу и создают в стенках пустот в бетоне значительные растягивающие напряжения, разрушая его структурные элементы. В первой фазе коррозии пустоты заполняются новыми соединениями, что приводит, естественно, к уменьшению пористости. В сочетании с первой фазой разбухания это вызывает впечатление роста прочности бетона на сжатие.  [13]

Степень разуплотнения структуры бетона в процессе ударного нагружения оценивалась по изменению времени прохождения ультразвука через бетон.  [14]

Вследствие неоднородности структуры бетона эта формула не всегда дает правильные значения Rbt.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru


Смотрите также