Структура, твердение и свойства бетона
Структура бетона. Бетон состоит из цементно-песчаного раствора, крупного заполнителя и пор разных размеров и происхождения. В бетоне можно выделить макроструктуру, характеризующую систему «цементно-песчаный раствор – крупный заполнитель» и микроструктуру – структуру цементного камня.
Макроструктуру бетона разделяют на три вида: плотная, с пористым заполнителем, ячеистая и зернистая. Плотная структура, в свою очередь, может иметь контактное расположение заполнителя, когда его зерна соприкасаются друг с другом через тонкую прослойку цементного камня, и «плавающее» расположение заполнителя, когда его зерна находятся на значительном удалении друг от друга.
В цементном камне и бетоне можно выделить три основные группы пор в зависимости от происхождения: капиллярные, гелевые и контракционные.
Твердение прочность бетона. Твердение бетона сопровождается комплексом физических и химических процессов, в результате которых формуется определенная структура и свойства бетона. Важнейшим свойством бетона является прочность, которая, главным образом, зависит от активности цемента и водоцементного отношения (В/Ц). Проектную прочность бетон достигает через 28 суток твердения в нормальных условиях. С повышением температуры процесс твердения ускоряется, а при понижении – замедляется. При отрицательных температурах бетон не твердеет в результате прекращения процессов гидратации цемента.
Основным нормативным показателем прочности бетона является его класс, т.е. прочность (в МПа), которая принимается с гарантированной обеспеченностью. Установленная обеспеченность – 0,95. Она означает, что предел прочности бетона, которая отвечает числовому значению класса, достигается не менее чем в 95 случаях из 100.
Для бетонов установлены классы по прочности на сжатие от В3,5 до В60.
Класс бетона определяют по числовому значению марки с учетом коэффициента вариации.
Для перехода от класса бетона к средней прочности при нормативном коэффициенте вариации 13,5 % можно использовать формулу R = В/0,778.
Свойства, определяющие долговечность бетона. Основными природными и эксплуатационными факторами, агрессивно влияющими на бетон сооружений, являются:
- многократное попеременное замораживание и оттаивание;
- многократное увлажнение и высушивание;
- химическое действие минерализованных грунтовых и поливных вод и др.
В зависимости от условий работы в сооружениях к бетону предъявляются специальные требования по морозостойкости, водонепроницаемости, водостойкости, износостойкости.
Морозостойкость бетона характеризуется наибольшим числом циклов попеременного замораживания и оттаивания без снижения прочности бетона более чем на 5 %. Марки по морозостойкости М50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500. Морозостойкость зависит в первую очередь от соотношения в бетоне условно-замкнутых и открытых пор. На практике морозостойкость бетона повышают, уменьшая В/Ц и введение воздухововлекающих добавок.
Водонепроницаемость бетона характеризуется наибольшим давлением, при котором не наблюдается просачивание воды сквозь образцы. Основными путями фильтрации воды в теле бетона являются капиллярные поры. Высокая водонепроницаемость достигается снижением В/Ц, применение расширяющихся, пластифицированных и гидрофобных цементов, а также пуццоланового и шлакопортландцемента. При достаточной влажности среды водонепроницаемость существенно увеличивается по мере длительного твердения за счет уменьшения объема пор при гидратации цемента.
При эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций могут развиваться химические процессы, вызванные коррозией. Стойкость бетона в значительной мере зависит от его плотности, показателем которой является водонепроницаемость и водопоглощение.
Бетон должен быть стойким к ударам и стиранию. Стойкость бетона к ударным влияниям увеличивается практически линейно с ростом прочности. Истираемость – с уменьшением В/Ц и увеличением расхода цемента.