книги из ГПНТБ / Черкасов, Г. И. Введение в технологию бетона

ческих уплотняющих добавок. Образцы-плитки толщиной 2 см испытывали на водонепроницаемость в возрасте 4—5 меся­ цев. Прочность на сжатие определяли по образцам-кубикам с ребром 5 см, твердевшим 28 суток во влажных условиях.

Водонепроницаемость бетонов можно значительно повы­ сить, применяя специальные расширяющиеся и безусадочные цементы. При использовании обычных цементов водонепро­ ницаемость повышается с повышением их активности, связан­ ным с увеличением количества гидросиликатного геля, запол­ няющего капилляры в цементном камне. При умеренной филь­ трации воды через бетон его водонепроницаемость может повышаться со временем вследствие кольматации (заилива­ ния) пор.

Химическая коррозионная стойкость бетона

Коррозия портландцементных бетонов под действием вод происходит в основном в результате растворения гидрата окиси кальция и выноса его из толщи бетона при фильтрации воды (коррозия выщелачивания), взаимодействия составных частей цементного камня с содержащимися в воде кислотами с образованием легкорастворимых соединений либо бессвяз­ ных аморфных масс (кислотная коррозия), обменных реак­ ций между гидратом окиси кальция и солями, находящимися в воде. Иногда обменные реакции дают новые вещества, крис­ таллизующиеся в цементном камне с увеличением объема и разрушающие его. Наиболее часто встречается коррозия под действием вод, имеющих растворимые сульфаты (сульфат­ ная коррозия).

Эффективным средством для борьбы с химической корро­ зией является повышение водонепроницаемости бетонов и в некоторых случаях их гидроизоляция. Эти мероприятия пока единственные для защиты бетона от кислотной коррозии. Дру­ гие виды коррозии могут быть ликвидированы или уменьше­ ны и в результате специальных мероприятий.

При коррозии выщелачивания извести происходит ослаб­ ление структурных связей цементного камня и снижение его прочности, что может быть приближенно охарактеризовано кривой (рис. 61), показывающей, что вымывание из цементно­ го раствора 25—30% извести снижает его прочность на

40—60%.

Как известно, гидросиликаты и гидроалюминаты кальция

181

Рис. 61. Снижение прочности образцов из цементного раствора при выщелачивании извести (по М. Ф. Иванову).

устойчиво существуют в цементном камне только при опре­ деленной равновесной концентрации СаО в водном растворе. После выщелачивания всей извести начинается гидролиз силикатов и алюминатов кальция с понижением их-основности.

Интенсивность выщелачивания извести зависит от того, является бетонное сооружение напорным или безнапорным. При простом омывании сооружения водой вымывание извести незначительно. При фильтрации воды через бетон скорость выщелачивания увеличивается; первое время она примерно пропорциональна величине напора, постепенно затухает по мере понижения концентрации растворенной извести и прак­

182

тически прекращается при достижении концентрации СаО 0,08 г/л, когда могут устойчиво существовать только гидро­ силикаты типа 'CSH(B) с соотношением C/S —0,8 и гидро­ алюминаты типа С2АН7.

Действенным средством против коррозии выщелачивания является пуццоланнзация портландцементов. В пуццолановых партландцементах активная минеральная добавка связывает свободную известь с образованием CSH(B) и переводит гидросиликаты C2 SH2 в CSH(B), а гидроалюминаты С4АН13 п С3 АН6 переходят в С2 АН7 , в результате чего выщелачива­ ния не происходит.

Кроме того, пуццолановые портландцемента за счет на­ бухания гидравлической добавки и большего, чем в портланд­ цементе, выхода цементного теста увеличивают водонепрони­ цаемость бетона и, следовательно, уменьшают возможность фильтрации воды через его толщу.

Пуццоланнзация портландцемента положительно влияет и на его стойкость .в сульфатных водах. Основная причина сульфатной коррозии — образование высокосульфатного гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) из твердого высо­ коосновного гидроалюмината и растворенного гипса

3Ca0Al.,03-6H ,0--3C aS0^-25H 20 = = ЗСаОАШз • 3CaS04 • 31Н20.

Объем образовавшегося эттрингита примерно в 4,6 раза больше объема твердой фазы СзАН6, существовавшей до реакции, что приводит к разрушению затвердевшего цемент­ ного камня. Гипс в водных растворах'образуется при взаимо­ действии сульфатов с известью.

При применении пуццолановых портландцементов умень­ шается вероятность образования в цементном камне гипса; присутствие гипса .в водном растворе в результате его взаимо­ действия с С2АН7 приводит к образованию низкосульфатных форм гидросульфоалюмината ЗСаОАЬОз CaS0 4 l2H20 , не разрушающих бетон. Сульфатостойкость пуццолановых поргландцементов зависит от минералогического состава цемента

иактивности минеральной добавки.

Всилу аналогичных физико-химических явлений повы­ шается сульфатостойкость и в бетонах, подвергнутых авто­ клавной обработке.

Как известно, значительного повышения сульфатостойкости бетонов обычно добиваются применяя сульфатостойкие портландцемента, т. е. цементы с минимальным содержанием

183

трехкальциевого алюмината. Но, как показал С. В. Шесто­ перов. можно получать сульфатостойкие цементы и на алгоминатных цементах при производстве мокрого домола их с добавкой ССБ и введением повышенных количеств гипса.

тесте, где его образование для бетона неопасно.

В. В. Стольников указывает на повышение сульфатостойкости •бетонов при введении воздухововлекающих добавок, связывая это явление с гидрофобизацией пор в камне, а также с наличием пустот для образования эттрингита.

Помимо указанных видов химической коррозии, связанной с действием на конструкцию внешней среды, бетон может разрушаться вследствие развития внутри его процессов кор­ розии и взаимодействия щелочей цемента с заполнителями, содержащими реакционноспособный кремнезем.

Этот вид разрушения бетона, называемый щелочной кор­ розией, изучен не полностью. Сущность щелочной коррозии заключается в том, что заполнители, содержащие заметные количества опала, халцедона, тридимита, кристобалита или стекловидной фазы, химически взаимодействуют со щелоча­ ми цемента, образуя в местах контакта заполнителя с цемент­ ным камнем водорастворимые силикаты натрия. Со стороны цементного камня эти новообразования оказываются ограни­ ченными полупроницаемой пленкой из гидросиликатов каль­ ция. Пленки гидросиликатов проницаемы для воды и ионов натрия, но непроницаемы для агрегатированных групп мо­ лекул силиката натрия. В результате в ячейках, заполненных силикатом натрия, развивается сильное осмотическое давле­ ние, разрушающее бетон. Коррозия внешне проявляется рас­ ширением и растрескиванием бетона и вытеканием из него силиката натрия.

Если в заполнителях есть активный кремнезем в коли­ честве более 3%, некоторые технические условия не рекомен­ дуют применять для приготовления бетонов цементы, имею­ щие щелочность более 0,6% (в расчете на Na20 ). Не реко­ мендуется также применение добавок солей, содержащих щелочные металлы.

Как показано В. М. Москвиным и Г. С. Рояком, наиболь­ шее развитие щелочной коррозии наблюдается при неблаго­ приятных соотношениях щелочей цемента и реакционноспо­ собного кремнезема заполнителей,'так что вышеприведенные рекомендации не гарантируют полной стойкости бетона.

184

с увеличением объема, что вызывает разрушение конструк­ ций. При температурах 800—900° растрескиваются заполни­ тели вследствие перехода кристаллического кварца в другую модификацию — триднмит.

Чтобы уменьшить вредное влияние свободной окиси каль­ ция, в цемент вводят различные, тонкомолотые добавки: шамот, трепел, туф, золу-унос, молотый доменный шлак и др. Эти добавки при температурах 600—1000° реагируют с окисью кальция, связывая ее в силикаты, алюминаты и дру­ гие соединения, которые .практически не реагируют с водой. В качестве заполнителей применяют породы и материалы, не претерпевающие при нагревании объемных изменений: ба­ зальт, андезит, шамот, кирпичный бой, отвальный доменный шлак.

Соответствующим подбором добавок микронаполнителеп к цементу и заполнителей для бетона удается добиться сни­ жения усадочных деформаций и температурных деформаций цементного камня, одинаковых с деформацией заполнителя.

В нашей стране работами К- Д. Некрасова и др. созданы жароупорные бетоны на основе портландцемента, стойкие при температурах до 1200°.

XII. ДРУГИЕ ВИДЫ ТЯЖЕЛЫХ БЕТОНОВ

Помимо рассмотренных в предыдущих главах тяжелых бетонов «классического типа» на портландцементах с круп­ ным и мелким заполнителем, в строительной практике нахо­ дят применение и другие виды тяжелых бетонов: мелкозер­ нистые, декоративные и полимерцементные. Кроме того, для защиты от сильноагрессивных сред изготовляются спе­ циальные солестойкие, кислотостойкие и щелочестойкие бето­ ны; для приготовления таких бетонов применяются специаль­ ные вяжущие и заполнители, стойкие в соответствующих средах; бетонные изделия с поверхности часто покрывают ан­ тикоррозийными покрытиями. Характеристику бетонов высо­ кой коррозионной стойкости можно найти в специальной ли­ тературе; в нашем изложении они «е рассматриваются.

Мелкозернистый (песчаный) бетон

Мелкозернистые бетоны характеризуются наибольшей крупностью заполнителей 10 мм и менее. Обычно заполните­ лем в мелкозернистых бетонах является только песок

186

крупностью до 5 мм; такие бетоны носят название пес­ чаных.

Мелкозернистые бетоны используются для изготовления немассивных конструкций, главным образом армоцементных, при заводском производстве железобетонных скорлуп и тон­ костенных панелей, формуемых на вибропрокатных станах, а также тротуарных плиток и других изделий по комплексной вибротехнологии Н. В. Михайлова.

Свойства мелкозернистых бетонов подчиняются тем же зависимостям, что и свойства обычных крупнозернистых бето­ нов; однако повышенная пористость и удельная поверхность мелких заполнителей оказывают влияние на количественные выражения этих зависимостей.

В мелкозернистых бетонах количество цемента и воды выше, чем в основных бетонах. Чтобы прочность мелкозер­ нистых бетонов из малоподвижных смесей была примерно равной марке применяемого цемента, расход его должен со­ ставлять около 600—750 кг, а воды 270—320 л на 1 м3 бетона.

Отсутствие скелета крупного заполнителя способствует увеличению деформативности, усадки и ползучести бетонов.

Вместе с тем мелкозернистые бетоны обладают и положи­ тельными свойствами, связанными со значительно большей однородностью структуры из-за отсутствия крупного запол­ нителя.

В качестве заполнителей для мелкозернистых бетонов не­ обходимо использовать пески, удовлетворяющие по зерновому составу требованиям ГОСТ 10268-62, причем лучше более крупные. Целесообразно применять фракционированные пес­ ки и производить опытные подборы сочетания фракций для получения минимальных значений пустотности и удельной поверхности заполнителей.

Использование мелких рядовых песков приводит к значи­ тельному повышению водопотребности бетонных смесей и еще большему расходу цемента. Особенно ухудшают технологи­ ческие свойства мелкозернистых бетонов пески с большим содержанием частиц мельче 0,3—0,6 мм и пылеватых и гли­ нистых фракций1.

Цементы для мелкозернистых бетонов желательно приме­ нять зысокомарочные из чистых клинкеров с большим содер­

1 В настоящем разделе рассматриваются мелкозернистые бетоны, а не строительные растворы, для которых содержание глины полезно вследствие повышения водоудерживающей способности и пластификации смеси.

187

жанием алита для обеспечения наибольшей плотности цемент­ ного камня в бетоне.

Удобоукладываемость мелкозернистых бетонных смесей можно определять различными способами. Для подвижных смесей пользуются конусом СтройЦНИЛа, для малоподвиж­ ных — показателем растекаемости конуса на встряхивающем столике; удобоукладываемость жестких смесей определяют при помощи технического вискозиметра или по упрощенному способу Б. Г. Скрамтаева, используя конусы с диаметром нижних отверстий 10 и 7 см, установленные в формы соответ­ ственно 10X10X10 и 7X7X7 см.

Удобоукладываемость мелкозеристых бетонных смесей увеличивается при повышении их водосодержания и зависит от соотношения цемента и песка. Правило постоянства водо­ содержания для этих смесей неприменимо. Только при опре­ деленном соотношении песка и цемента смесь будет иметь наилучшую удобоукладываемость. Оптимальное соотношение Ц/П 1 :4 для крупных и 1: 1 для мелких песков.

В структуре песчано-цементной бетонной смеси Ю. М. Ба­ женов рассматривает четыре характерные реологические зо­ ны, зависящие от соотношения цемента, песка и воды, обес­ печивающего требуемую удобоукладываемость смеси (рис. 62).

Первая зона — это «жирные» смеси с соотношениями це мента и песка выше 2,3; зерна песка в таких смесях находят­ ся на значительных расстояниях друг от друга и вязкость смеси определяется главным образом ее цементоводным от­ ношением. Уменьшение содержания цемента в смеси снижает ее водопотребность почти по прямой зависимости. Вызванное уменьшением цемента увеличение песка в смеси незначитель­ но влияет на ее вязкость и только несколько искривляет ука­ занную зависимость. При вибрировании такие смеси склонны к расслоению из-за оседания зерен песка.

Вторая зона характеризуется отношениями цемента и пес­ ка от 1/4 до 2,3, т. е. включает составы практически применяе­ мых конструктивных мелкозернистых бетонов. В цементно­ песчаных смесях второй зоны увеличение содержания песка уже более значительно сказывается на вязкости смесей, и хо­ тя их водопотребность падает с уменьшением цементопесча­ ного отношения, кривая водопотребности более полога, чем в первой зоне. При использовании мелких песков их влияние на повышение вязкости больше и кривая водопотребности пойдет выше и более полого, чем в случае применения средних песков.

188

Рис. 62. Зависимость водопотребности мелкозернистой бетонной сме­ си от соотношения цемента и песка.

В третьей зоне при соотношениях цемента и песка пример­ но от 1/4 до 1/10 зерна песка, покрытые тонкими пленками теста, взаимодействуют друг с другом; увеличение содержа­ ния песка значительно повышает вязкость смеси. В начале зоны влияние увеличения количества песка и уменьшения количества цемента на вязкость смеси взаимно компенсиру­ ется и кривая водопотребности переходит в участок прямой, параллельный оси абсцисс. Затем влияние песка на вязкость смеси начинает превалировать и увеличение его содержания повышает водопотребность.

Третья зона характеризует область строительных раство­ ров, где цементного теста уже недостаточно для заполнения

189

пустот между зернами песка. Дальнейшему увеличению со­ держания песка в смеси соответствует четвертая зона. В этой зоне цементного теста уже не хватает для смазки зерен песка. Для сохранения удобоукладываемоети приходится увеличивать содержание воды, однако удельная поверхность

водопотребность цементно-песчаные бетонные смеси будут иметь на границе второй и третьей зон при оптимальном це­ ментопесчаном отношении, которое обеспечит наилучшую удобоукладываемость, наибольшую плотность и прочность бетона.

Это оптимальное соотношение Ц/П зависит от качества песка, свойств цемента и водоцементного отношения (или подзижности бетонной смеси).

Мелкозернистая бетонная смесь очень «чувствительна» к ■изменению крупности песка, его гранулометрии, присутствию примесей и качеству поверхности зерен песка. Эта «чувстви­ тельность» увеличивается при переходе от жирных смесей с большим содержанием цемента к более тощим ввиду повы­ шенного влияния песка на структурообразование и изменение реологических параметров смесей.

Ю. М. Баженовым предложены графики, связывающие удобоукладываемость мелкозернистых бетонных смесей для разных Ц/П с водоцементным отношением, пользуясь кото­ рыми можно подбирать составы бетонных смесей требуемой удобоукладываемоети (рис. 63). При построении графиков

значения марочной прочности результаты умножают на пере­ водные коэффициенты от 0 , 8 4 до 0 , 9 1 в зависимости от марки бетона. Из-за разноречивных данных о величине переводных коэффициентов многие исследователи рекомендуют не при­ водить прочность мелкозернистых бетонов к прочности стан­

бетонов от их состава применим закон водоцементного отно

1S0