Влияние давления среды на свойства бетонов

Экспериментально установлено положительное влияние на свойства бетона избыточного давления, осуществляемого в барокамере или путем статического пригруза (обжатия) бетонной смеси. Специально выполненные исследования [110] показали, что образцы, твердевшие в среде с избыточным давлением, имеют значительно более высокую прочность, чем при атмосферном давлении.

Механизм положительного действия избыточного давления на формирование структуры и свойств бетона вряд ли следует искать в получении более устойчивых, бездефектных модификаций кристаллогидратов, повышении степени гидратации цемента и т. п. Контракционная усадка цементного геля и избыточное давление среды — эти два фактора являются определяющими в повышении свойств затвердевшего цементного камня и бетона. «Совпадая по направлению своего воздействия на бетон с направлением усилий, сопровождающих контракцию, оно (избыточное давление) способствует... улучшению структуры твердеющего раствора и бетона» [29]. Именно соответствие этих двух факторов и есть причина столь позитивного результата.

Стадийный характер электрохимического взаимодействия цементных минералов с водой приводит к циклическому самоуплотнению цементных зерен под действием развивающегося в межзерновом пространстве вакуума. При этом очевидно — чем выше градиент давления межзерновых пустот формирующегося микробетона и окружающей среды, тем интенсивнее протекает самоуплотнение частиц, улучшается качество их контактных зон, повышаются свойства микробетона и бетона в целом. Таким образом, одним из основных моментов положительного воздействия избыточного давления окружающей среды на физико-механические свойства бетона является создание благоприятных условий для самоуплотнения частиц вяжущего, формирования и упрочнения структуры цементного камня.

Отсюда вполне закономерен вопрос: каким образом будет протекать процесс гидратационного твердения портландцемента и струк- турообразования системы в условиях пониженного давления? Если движущей силой формирования и становления микробетона является вакуум, то можно предположить, что при пониженном давлении среды структура цементного камня должна иметь более низкие показатели по сравнению с твердением в обычных условиях.

Экспериментальных работ в части изучения характера твердения и свойств бетона, длительное время выдерживаемого в условиях вакуума, автором не обнаружено. В связи с этим были выполнены специальные опыты по уточнению продолжительного влияния пониженного давления на твердение и свойства цементного камня. Приготовленное стандартным методом цементное тесто с В/Ц = 0,26 и 0,3 укладывали в формы образцов-кубиков с ребром 2 см, тщательно уплотняли, поверхность заглаживали и плотно закрывали металлической пластиной. Часть образцов твердела в естественных условиях, часть — под колпаком вакуумной установки. С помощью компрессора из-под колпака откачивали воздух до предельно достижимого разрежения (около 0,0092 МПа) и выдерживали формы с твердеющими образцами. Для компенсации неизбежного подсоса воздуха под колпак установки компрессор в течение всего периода испытаний работал непрерывно. Твердеющие образцы сообщались с окружающей средой через неплотности разъемов форм. После семи суток твердения образцов в условиях вакуума компрессор отключали и через сутки (к этому времени под колпаком восстанавливалось атмосферное давление) производилось раскрытие форм, визуальное обследование и испытание образцов. Часть образцов в дальнейшем выдерживалась в плотной полиэтиленовом упаковке и испытывалась в месячном возрасте.

Внешний осмотр показал значительное отличие образцов, твердевших в атмосферной среде, от таковых, выдержанных в условиях вакуума. Поверхность первых была ниже верхней плоскости форм, что свидетельствовало о явной усадке; это явление отсутствовало в образцах, твердевших в условиях вакуума. Образцы заметно отличались внешним видом — твердевший при обычных условиях цементный камень имел более темный цвет по сравнению с камнем, твердевшим в вакууме, что косвенно указывало на существенное отличие в их средней плотности. Наконец, все образцы имели четкие геометрические размеры; в то же время в некоторых ребрах твердевших в вакууме образцов (в местах сообщения с окружающей средой) имелось по две-четыре трещины шириной до ОД мм и длиной 2—3 мм вследствие неизбежного разуплотнения пластичного состава при снижении давления окружающей среды. Размеры образцов определяли штангенциркулем, массу — с помощью рычажных лабораторных весов, объемную усадку и среднюю плотность рассчитывали обычными методами. Результаты испытаний представлены в табл. 7.3. Как видно из полученных данных, цементный камень, твердевший в атмосферных условиях, характеризуется значительной усадкой, более высокими плотностью и прочностью по сравнению с аналогичными показателями камня, твердевшего в вакуумной среде. Разумеется, определенную деструктивную роль сыграл вышеуказанный разуплотняющий фактор — в процессе снижения давления среды из массы цементного теста выдавливался защемленный воздух, нарушая сплошность материала, ухудшая его конечные свойства. В то же время столь значительное снижение плотности и прочности (соответственно, от 9 % до 12 % и от 30 % до 50 %) вряд ли связано только лишь с разуплотнением.

Стадийный характер электрохимического взаимодействия цементных минералов с водой приводит к появлению и развитию в межзерновых пустотах формирующегося микробетона вакуума, который не в состоянии в полной мере проявить свой структурообразующий потенциал в условиях пониженного давления окружающей среды, то есть немаловажным (а скорее, определяющим) аспектом в данном случае является отсутствие необходимых условий для качественного стяжения, усадки цементной системы, становления микробетона с необходимыми структурой и свойствами.

Полученные данные имеют определенное практическое значение. Без предварительных исследований сложно дать однозначный ответ на вопрос о целесообразности производства бетонных работ в высокогорных районах с пониженным атмосферным давлением. Может быть, в данном случае экономически более выгодно доставлять в эти районы уже готовые бетонные и железобетонные конструкции, изготовленные в условиях нормального атмосферного давления.

Таблица 7.3

Свойства цементного камня, твердевшего в обычной среде и в условиях пониженного

давления

Физико-механические

показатели

Показатели цементного камня, твердевшего в условиях

обычного давления

пониженного

давления

В/Ц = 0,26

В/Ц = 0,30

В/Ц = 0,26

В/Ц = 0,30

Возраст — 8 суток

Усадка, %

2,4

3,6

нет

нет

Средняя плотность, кг/м3

2128

2060

1877

1867

Прочность при сжатии, МПа

38,8

29,5

21,5

20,5

Возраст — 28 суток

Усадка, %

2,6

3,8

нет

нет

Средняя плотность, кг/м3

2081

2008

1855

1838

Прочность при сжатии, МПа

40,3

34,5

27,5

24,2

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >