Полная версия

Главная arrow Строительство arrow Строительные материалы и изделия: технология активированных бетонов

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ОСОБЫЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНЫХ БЕТОНОВ

Приведенные в настоящем разделе свойства бетонов отнесены к «особым», необычным по той причине, что они вызываются «особыми» (по СНиП 2.01.07) внешними нагрузками, отличающимися от агрессивных сред неочевидностью конечного результата. Таким воздействием обладают силовой, температурный, электромагнитный, вибрационный, ударный и многие другие факторы. Раннее нагружение бетона может иметь как негативные, так и позитивные последствия. Воздействие повышенных температур может приводить как к разрушению, так и к упрочнению бетона. Проще говоря, отмеченные нагрузки при определенном стечении обстоятельств либо отрицательно сказываются на свойствах бетонов, либо, наоборот, способствуют улучшению его эксплуатационных качеств.

Действие повышенных температур

Повышенные температуры снижают прочность и даже разрушают бетоны. Причина, как будто бы, ясна — происходит ряд физико-химических превращений: высвобождение физически связанной воды при температуре выше 100 °С; разложение гидратов солей кремниевой кислоты и дегидратация портландита при температуре выше 500 °С. К тому же противоположные по знаку деформации заполнителя (расширение) и цементного камня (капиллярная усадка) приводят к формированию развитой сети микротрещин в переходной зоне между этими двумя фазами [85]. Высокопрочные бетоны вследствие высокой плотности подвержены взрывообразному разрушению, обусловленному парообразованием в замкнутом поровом пространстве [86]. Все эти процессы и явления очевидны, однако вряд ли их можно признать исчерпывающими по следующим причинам:

  • 1) нагруженный бетон «благополучно» разрушается при достаточно низких температурах (например, от 55 °С до 85 °С), что делает малосущественным протекание в данных условиях отмеченных физико-химических превращений;
  • 2) затвердевший бетон (в том числе, высокопрочный) — далеко не плотный, а высокопористый материал, содержащий межзерновые пустоты, сообщающиеся капиллярные и гелевые поры с размерами, на порядки превышающими размеры молекул воды, что, непременно, должно оказывать гасящее действие возникающему паровому давлению, препятствовать достижению его критических значений;
  • 3) цементный бетон вряд ли можно отнести к материалам с настолько высокой теплопроводностью, обеспечивающей при контактном подводе тепла одновременное «закипание» воды во всем объеме массива и «взрывообразные» разрушительные последствия;
  • 4) при повышении температуры не всегда учитывают возможную гидратацию клинкерных минералов, что может привести не только к негативным результатам, но и к уплотнению структуры и увеличению прочности бетона [87].

Результат температурного воздействия проиллюстрируем опытом. В камеру SNOL 67/350 с температурой рабочего объема 100 ± 2 °С устанавливали 28-суточные растворные (Ц:П = 1:2) образцы-балочки (16x4x4 см) различных консистенций на новороссийском ПЦ500-Д0. Периодически (через каждые 20—60 мин) извлекали из камеры и испытывали по три образца. Результаты испытания (рис. 6.1) позволили отметить:

  • 1) температурный фактор заметно снижает прочность бетонов, причем особенно наглядно его негативное действие сказывается на прочности при изгибе (снижение данного показателя для всех образцов составило от 40 % до 50 %);
  • 2) снижение прочности при сжатии более ощутимо для образцов с повышенной концентрацией цемента, соответственно, более высокими исходными прочностными показателями;
Влияние длительности температурного воздействия на прочностные свойства

Рис. 6.1. Влияние длительности температурного воздействия на прочностные свойства

растворных образцов

3) деструктивные процессы имеют затухающий во времени характер с последующим ростом и достижением практически исходных прочностных значений.

Эти результаты соответствуют известным положениям. Так, нагрев в большей мере сказывается на прочности при растяжении (изгибе), чем при сжатии. Температурная деструкция наиболее отчетлива в высокомарочных бетонах. При продолжительном нагреве возможно не только снижение, но и возрастание прочности, связанное, по мнению авторов [87], с дополнительной гидратацией цемента.

Отсюда следует — бетон хорошо работает при сжатии и значительно хуже при изгибе, в связи с чем малейшие протекающие в микробетоне деструктивные изменения скажутся, прежде всего, на последнем свойстве. В связи с этим определенный интерес представляет результат температурного воздействия на бетон, подвергнутый не выгодной изгибаемой нагрузке. Для испытаний изготавливали образцы-пластины (16x4x1 см) из цементного теста с В/Ц = 0,22 -е- 0,32 (с шагом 0,02) и растворной смеси состава 1:2с В/Ц = 0,40 ч- 0,80 (0,05). Для отдельных составов использовали суперпластификатор С-3 и добавки-электролиты (СаС12, К2С03, КС1, NaCl). Месячное твердение образцов — естественное, стандартное и водное; отдельные растворные образцы после суточного предварительного выдерживания подвергали тепловой обработке в лабораторной пропарочной камере в течение 10 ч. Величина нагружения образцов (рис. 6.2, а) составляла 30, 50 и 70 % от разрушающей нагрузки. Стенд с нагруженными образцами устанавливали в холодную камеру (рис. 6.2, б) с последующим подъемом температуры рабочего объема со скоростью 22 ± 2 °С/ч, а также помещали в предварительно нагретую до 55, 70, 85, 100, 200 и 300 °С среду. В некоторых опытах стенд с нагруженными образцами устанавливали в воду (обычную, нагретую), 5%-ный раствор хлористого кальция, подвергали действию открытого пламени. Часть образцов перед нагружением высушивали до постоянной массы при температуре 105 ± 2 °С, а также выдерживали в течение 1—2 часов в горячей (от 75 °С до 80 °С) и кипящей воде. Время разрушения образцов фиксировали с момента установки стенда в низкотемпературную камеру (погружения в жидкую среду, начала воздействия открытого пламени).

Водная среда с обычной температурой не оказала деструктивных и разрушительных последствий; отдельные образцы разрушались при погружении в горячую воду, а также в раствор хлорида кальция. Воздействие горячей среды в подавляющем большинстве случаев имело для нагруженных образцов весьма печальный итог (рис. 6.2, в). Совершенно катастрофические результаты имели место при воздействии на цементный камень (бетон) высоких (200 °С, 300 °С) температур и открытого огня.

Установлено следующее:

1) определяющим деструктивным фактором является именно температурный, хотя в отдельных опытах наблюдалось разрушение образцов при погружении в раствор хлорида кальция;

Последовательность проведения опытов по определению влияния температурного фактора на деструкцию нагруженных образцов

Рис. 6.2. Последовательность проведения опытов по определению влияния температурного фактора на деструкцию нагруженных образцов

2) при температурах 55, 70, 85, 100, 200 и 300 °С разрушение образцов имело место через 20 ± 5, 8 ± 3, 6 ± 2, 4 ± 2, в пределах одной-двух минут; действие открытого пламени приводит к практически мгновенному разрушению образцов (рис. 6.3);

Влияние величины температурного воздействия на время разрушения нагруженных образцов

Рис. 6.3. Влияние величины температурного воздействия на время разрушения нагруженных образцов

  • 3) величина нагружения (от 30 % до 70 % разрушающей) не сыграла существенной роли в деструктивных действиях (часто наблюдалось более раннее разрушение образцов с минимальной нагрузкой);
  • 4) взаимосвязь между прочностью при сжатии и временем разрушения образцов не обнаружена как для высокопрочных (рис. 6.4, а), так и для рядовых (рис. 6.4, б) бетонов;
  • 5) циклическая виброактивация, водное твердение, пропаривание, предварительное выдерживание в кипящей воде, а также сушка заметно повышают стойкость образцов при воздействии температур до 100 °С (см. рис. 6.4, б);
  • 6) применение пластифицирующих добавок (С-3, Мурапласт FK 63.3) в обычно твердеющем и пропариваемом бетонах заметно интенсифицируют деструктивные процессы, что видно из сопоставления рис. 6.4 (б) и рис. 6.5;
  • 7) добавки-электролиты (К2С03, КС1, NaCl) ускоряют деструктивные последствия (некоторые образцы не представилось возможности даже испытать ввиду их разрушения при нагружении);
Взаимосвязь «прочность бетона — время разрушения» обычных составов

Рис. 6.4. Взаимосвязь «прочность бетона — время разрушения» обычных составов

Взаимосвязь «прочность — время разрушения» пластифицированных бетонов

Рис. 6.5. Взаимосвязь «прочность — время разрушения» пластифицированных бетонов

8) определенную роль играет водоцементный фактор — в первую очередь разрушаются образцы из жестких и высокоподвижных составов; сравнительно повышенной термостойкостью обладают составы с В/Ц = 0,24 -ь 0,26.

Природу рассматриваемой температурной деструкции следует искать в морфологии гидратированного цементного зерна, а именно наличии на его поверхности остаточных поверхностно-активных зон, включающих негидратированные активные центры с адсорбированными кластерами воды (см. рис. 2.7, б и 3.11). Нагрев микробетона разрушает водородные связи, активирует воду, провоцирует гидратационный процесс. Вновь появляющийся гидрат является не только источником внутренних напряжений и сбросов прочности, но и реальной причиной самозалечивания микротрещин и повышения прочности бетона.

Полученные данные позволили сформулировать технологические меры для повышения температурной стойкости бетонов:

  • 1) условия твердения бетона должны предельно соответствовать не только условиям их эксплуатации, но и возможным форс-мажорным ситуациям. В отдельных случаях до передачи на конструкцию проектной нагрузки целесообразно подвергнуть бетон кратковременному температурному воздействию (до 300 °С), что будет способствовать адаптации структуры микробетона и повышению его эксплуатационных качеств;
  • 2) в технологии несущих конструкций следует ограничить применение органических и синтетических пластифицирующих продуктов, способствующих формированию структуры микробетона с повышенной чувствительностью к внешним факторам. Для достижения требуемой подвижности бетонных смесей необходимо использовать тонкодисперсные минеральные модификаторы (гашеную известь, глиняный шлам и др.) в сочетании с разумным увеличением количества воды за- творения;
  • 3) нецелесообразно применение в технологии ответственных в эксплуатационном отношении изделий и конструкций противомо- розных добавок-электролитов, характеризующихся «положительной» (по О. Я. Самойлову) гидратацией (хлоридов натрия, поташа и др.). Воздействие на модифицированный этими добавками бетон внешних разрушающих водородные связи факторов приведет к активизации в структуре сформировавшегося микробетона огромного количества молекул воды с непременным гидратационным процессом, сбросом прочности и сложно прогнозируемым результатом;
  • 4) необходимо обеспечивать исключительно влажностные условия твердения бетона и железобетона (оптимальный вариант — выдерживание в водной среде с предельно повышенной температурой). Неубывае- мое количество воды в межзерновом пространстве цементной системы способствует более полному гидратационному преобразованию поверхности клинкерных зерен, к минимуму сводящему вероятность гидрата- ционных процессов и деструктивных явлений на поздних этапах;
  • 5) несмотря на «неизбежное зло» (микротрещинообразование, снижение качества контактной зоны с заполнителем, в итоге — недобор прочности), рекомендуется использование в процессе твердения бетона тепловой обработки (пропаривания, электрообогрева, горячего формования с термосным выдерживанием и др.). Активизация молекул воды тепловым воздействием приведет к более полной гидратации клинкерных зерен, снижению вероятности поздней гидратации цементных минералов, соответственно, повышенной эксплуатационной надежности железобетонных конструкций и сооружений. Данный аспект следует учитывать при проведении бетонных работ в условиях монолитного строительства;
  • 6) в пластической стадии твердения бетона (железобетона) обязательно применение циклической виброактивации с оптимальными параметрами воздействия, обеспечивающей оптимизацию структуры, физико-технических свойств микробетона и конструкций в целом. Данный технологический прием должен быть непременно предусмотрен регламентом кассетно-стендового, конвейерного производства сборного железобетона и монолитного строительства;
  • 7) при необходимости раннего распалубливания (например, при перестановке опалубки в монолитном производстве) открытые поверхности бетона следует предохранять от обезвоживания как можно более длительный период времени (вплоть до отделочных работ) надежными влагозащитными покрытиями. Сохранение в массиве бетона воды за- творения будет способствовать полноте и завершенности гидратацион- ных явлений, структурной стабильности композита;
  • 8) в особых случаях железобетонную конструкцию (или ответственную ее часть) перед эксплуатацией рекомендуется высушить до постоянной массы с последующей обработкой надежными влагозащитными составами, что позволит обезводить микробетон, к минимуму свести вероятность поздних гидратационных явлений. Не допускать в процессе эксплуатации воздействия на несущие железобетонные конструкции влажности, пара, повышенной температуры, растворов электролитов и прочих разрушающих водородные связи факторов.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>