книги из ГПНТБ / Волженский А.В. Гипсовые вяжущие и изделия (технология, свойства, применение)

Распределение влажности по сечению блока пред­ ставлено на рис. VI. 7, а теплофизические характери­ стики приведены в табл. VI. 5. Точка росы при заме­ ренных параметрах наружной и внутренней среды ниже температуры внутренней поверхности стены, что указы­ вает на невозможность выпадения конденсата.

Исследование паро-

ивоздухопроницаемости

икоэффициента теплопроводности ГЦП бетонов

Втабл. VI. 6 приведены коэффициенты воздухо- и паропроницаемости, а также теплопроводности различ­ ных ГЦП материалов (а для сравнения и других), по­ казывающие, что они находятся примерно в тех же пре­ делах, что и для бетонов на портландцементе.

Изучение поведения образцов из ГЦП бетонов, помещенных в эксплуатационные условия животноводческих помещений

Изготовленные из разных бетонов образцы устанав­ ливали в помещении коровника таким образом, чтобы они подвергались различного вида агрессивным воздей­ ствиям: в зоне наибольшей влажности (примерно 0,5 м от потолка), на высоте 0,6 м от уровня пола (где воз­ можны конденсатное увлажнение и капиллярный под­ сос) и в навозной жиже (в сточном канале жижесбор­ ника). Контрольные образцы хранили в воде.

Результаты испытаний после трех лет пребывания в указанных условиях показывают, что по прочности и внешнему виду состояние образцов удовлетворительное. Однако при хранении образцов в жиже (особенно об­ разцов из гипса и портландцемента) наблюдалось сни­ жение прочности. ДТА и петрографический анализ проб из образцов существенных изменений в бетонах на ос­ нове ГЦП вяжущего не показали.

* * *

Исследование долговечности изделий на основе гип­ совых вяжущих (неводостойких и водо-стойких) в экс­ плуатационных условиях позволяет отметить следующее.

Долговечность изделий из бетонов на основе гипсо­ вых вяжущих зависит прежде всего от их вида. Пове-

284

дение изделий на неводостойком гипсовом вяжущем удовлетворительно только в условиях нормального тем­ пературно-влажностного режима, в то время как изде­ лия из бетонов на водостойких вяжущих ведут себя удовлетворительно при всех температурно-влажностных режимах. Однако тяжелые температурно-влажностные условия (например, в животноводческих помещениях), а в ряде случаев химически агрессивные воздействия спо­ собствуют развитию в изделиях деструктивных процес­ сов, ведущих к снижению прочности, появлению трещин, коррозии стальной арматуры и т. 1п.

VI.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН РАЗВИТИЯ ДЕСТРУКТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ В БЕТОНАХ НА ОСНОВЕ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ

Стойкость бетонов при длительном хранении образцов на воздухе и в воде

Известно, что стойкость материалов, особенно средне- и сильнопористых (каковыми являются гипсовые мате­ риалы), зависит от общего водопоглощения, скорости насыщения и отдачи влаги. Водопоглощение и его ско­ рость зависят прежде всего от пористости, вида и струк­ туры материала. Например, через 20 мин после погруже­ ния в воду водопоглощение трепела составляет 97%, кирпича красного и силикатного 90 и 80%, а ГЦП и -гип­ сового раствора соответственно 60 и 95% полного водонасыщения.

При обследовании наружных гипсобетонных конст­ рукций было установлено, что одной из причин появле­ ния влаги в них является грунтовая и дождевая вода, впитывание которой зависит от степени капиллярного подсоса материала. Результаты опытов подтверждают сказанное (табл. VI. 7).

Высокая влагоемкость гипсовых изделий является основной причиной их низкой водостойкости, что коли­ чественно подтверждается величиной коэффициента во­ достойкости.

Если же вода не только насыщает, но и фильтруется через гипсобетон, то происходит также частичное раст­ ворение некоторых составляющих с ухудшением свойств материала не только за счет физических, но и химиче­ ских процессов.

285

Т а б л и ц а VI.7 Капиллярное всасывание, водопоглощение и водостойкость различных материалов

*По данным А. В. Ферронской

**По данным Г. Д. Копелянского

***По данным П. И. Боженова

**’f* По данным А А. Антипина

***** По данным Р. Е. Брилинга

П р и м е ч а н и е . Над чертой — водопоглощение в % (по массе); под чертой — то же, объемное.

2 8 6

Стойкость ГЦП и гипсовых материалов при храпении их на воздухе и в воде определялась на разных вяжу­ щих и добавках: гипс строительный и высокопрочный, ангидрит; клинкеры низко-, средне- и высокоалюминатные с разным содержанием C 3 S ; гидравлические активные добавки осадочного и вулканического происхождения, а также шлаки. На некоторых составах вяжущих изготов­ лялись также растворы и бетоны (тяжелые, легкие на пористых заполнителях и ячеистые).

Для всех составов вяжущих определяли концентра­ цию гидрата окиси кальция через 5 и 7 суток, а иногда и в более поздние сроки по методике, изложенной в МРТУ 21-8-65.

Представленные в табл. VI. 8 наиболее интересные результаты исследований позволяют сделать следующие выводы.

Долговечность образцов из ГЦП вяжущих раство­ ров и бетонов при хранении как на воздухе, так и в воде обеспечивается в том случае, если принятое соотноше­ ние между цементом и добавкой снижает концентрацию гидрата окиси кальция до необходимых пределов (ме­ нее 1,1 г)л и не более 0,85 г/л соответственно через 5 и 7 суток). Во всех случаях при этом идет непрерывный рост прочности. Абсолютные значения прочности образ­ цов, твердевших в воде, близки к значениям прочности образцов, твердевших в воздушных условиях, и только после трех лет водного хранения наблюдается некото­ рое отставание.в росте прочности по сравнению с проч­ ностью образцов, твердевших на воздухе.

Аналогично ведут себя образцы, изготовленные из гшцп вяжущего, состоящего из гипса, гранулирован­ ного доменного шлака и извести либо из гипса, грану­ лированного доменного шлака и цемента с незначитель­ ным количеством активной добавки или без нее. Отли­ чительной особенностью их является то, что они в пер­ воначальный момент имеют менее интенсивный прирост прочности, чем по истечении шести, а иногда и более месяцев.

Несколько иначе ведут себя образцы, изготовленные из ГЦП вяжущих, в качестве добавок в которых исполь­ зованы пемзы, туфы и другие добавки вулканического происхождения. При этом, несмотря на более высокие показатели концентрации гидрата окиси кальция (чем

287

Т а б л и ц а VI. 8. Влияние вида портландцемента и природных добавок на основные свойства гипсовых вяжущих

указано в МРТУ 21-8-65), образцы набирают прочность в возрасте пяти и более лет.

Количество комбинированной добавки (цемент+добавка) при длительном хранении (более пяти лет) так­ же оказывает влияние на долговечность образцов. Ком­ бинированная добавка в количестве 20% массы ГЦП вяжущего является недостаточной и приводит к сниже­ нию прочности. Следует напомнить, что при обследова­ нии было обнаружено снижение прочности в изделиях даже при твердении их не в воде, а во влажных ус­ ловиях), в которых ГЦП вяжущее содержало добавки менее 20%.

Влияние минералогического состава цементов (глав­

сти во времени. Лучшие результаты прочности показа­ ли образцы, изготовленные на ГЦП вяжущем с исполь­ зованием низкоалюминатных цементов.

Водопроводная вода, в которой хранились образцы, оказывает на них выщелачивающее действие. Стойкость материалов по отношению к действию в этих условиях мягких вод определяется в целом составом и структурой новообразований.

В первые сроки выделение Са(ОН)2 происходит бо­ лее интенсивно, чем в последующие. Интенсивность вы­ деления Са(ОН)2 зависит от вида и, главное, от коли­ чества использованных добавок. Чем больше их, тем меньше свободной гидроокиси кальция остается в об­ разцах, кроме того, образуется больше низкоосновных новообразований (типа гидросиликатов кальция и др.), которые более устойчивы при сравнительно невысоких концентрациях Са(ОН)2 в растворе, заполняющем поры образцов.

Кривые дифференциально-термического анализа, так же как и микроскопический и рентгеноструктурный анализы проб, свидетельствуют, что существенных изме­ нений в структуре образцов и новообразований после длительного пребывания образцов на воздухе и в воде не происходит.

Образцы из чистогипсовых вяжущих при твердении на влажном воздухе после 28 суток снижают свою проч­ ность примерно к врем месяцам на 30%, а при дли­ тельном хранении в воде размываются с постепенным снижением прочности.

289

Стойкость бетонов при чередующемся увлажнении и высыхании

Исследование этого вопроса особенно необходимо для определения долговечности материалов, работающих в ограждающих конструкциях.

По данным многих исследователей [89, 104, 23, 113 и др.], попеременное увлажнение и высушивание рас­ шатывает структуру бетона, причем повышается трещинообразование, снижается стойкость к агрессивным воздействиям.

Проведенные в МИСИ им. В. В. Куйбышева иссле­ дования с учетом «Указаний по производству смешан­ ных вяжущих веществ и применению их в строитель­ стве» (СН 75-59) показали, что ухудшение свойств бе­ тонов на основе гипса происходит с первых же циклов испытаний. Практически образцы из них разрушаются после пяти циклов, в то время как ухудшение свойств ГЦП бетонов обнаруживается только после 25 циклов. С увеличением количества циклов прочность уменьша­ ется при постепенном разрушении образцов через 35— 50 и 85, 53 и 30 циклов соответственно для мелкозернис­ того и тяжелого бетона, керамзитобетона и ячеистого бетона.

При обследовании и натурных наблюдениях было ус­ тановлено, что при чередующемся намокании и высы­ хании в эксплуатационных условиях происходит изме­ нение влажности и связанное с этим объемное измене­ ние, в основном в поверхностном слое. Следовательно, образцы по принятой методике испытаний оказываются в более жестких условиях, чем бетон в зданиях. Поэто­ му по результатам лабораторных испытаний трудно ус­ тановить связь с поведением изделий в эксплуатацион­ ных условиях. Однако уже сейчас можно утверждать, что бетоны на основе ГЦП вяжущего являются более стойкими, чем бетоны на гипсе при данном воздействии.

Стойкость бетонов при чередующемся замораживании и оттаивании

Практика отечественного и зарубежного строитель­ ства, а также обширные исследования советских и за­ рубежных ученых показали, что морозостойкость явля­ ется одним из важнейших свойств, определяющих срок

290

службы сооружения, подвергающегося совместному дей­ ствию воды и мороза. Созданная в настоящее время теория морозостойкости бетона показывает, что моро­ зостойкость зависит от строения и свойств цементирую­ щего вещества в бетоне, а также от строения и монолит­

Особенностью структуры гипсобетона является его повышенная пористость, обусловливающая высокую сте­ пень водонасыщения, которая составляет примерно 15% для пластичных бетонов и 9% для трамбованных. Та­ ким образом, теоретически гипсобетон должен иметь по­ ниженную морозостойкость.

Действительно, как показали исследования многих авторов, морозостойкость бетонов и растворов на гип­ совых вяжущих пониженная (не более 10—15 циклов) и зависит от вида гипсового вяжущего, плотности об­ разцов, от влажности их и вида заполнителя. Оказа­ лось, что чем жирнее гипсобетон (раствор), тем без­ опаснее его подвергать замораживанию в раннего воз­ расте. Это создает благоприятные условия для ведения кладки на гипсовых растворах в зимних условиях (ме­ тодом замораживания), а также складирования гипсо­ вых изделий после их изготовления в зимнее время, ес­ ли температура наружного воздуха не ниже —20°С.

Морозостойкость бетонов и растворов из ГЦП и ГШЦП вяжущих на основе строительного гипса изуча­ ли Я. Л. Арадовский, В. И. Стамбулко, Ю. С. Цуканов, А. В. Ферронская, В. П. Щеглова и др. По их данным, образцы из теста, изготовленные при постоянном водовяжущем отношении (0,55) с содержанием в вяжущем около 25% комбинированной добавки, недостаточно мо­ розостойки. Применение низкоалюминатного цемента при изготовлении ГЦП и ГШЦП вяжущих увеличивает морозостойкость образцов по сравнению с цементами, содержащими повышенное количество трехкальциевого алюмината. Объясняется это, очевидно, образованием большого количества в этом случае гидросульфоалюмината кальция, являющегося неморозостойкой составляю­ щей цементного камня.

В растворе образцы пластичной консистенции в за­ висимости от содержания в ГЦП вяжущвхМ цемента и трепела характеризуются морозостойкостью тем боль­ шей, чем выше доля цемента в вяжущем. И если после

291

восьми циклов гипсовые образцы теряли ■более 50% прочности, то введение 50% комбинированной добавки вызвало увеличение морозостойкости до 40 циклов. Мо­ розостойкость бетонных образцов выше, чем раствор­ ных, и .составляет 35 и более циклов.

Морозостойкость тяжелых, мелкозернистых и легких бетонов повышенной прочности из ГЦП и ГШЦП вяжу- * щих изучали Т. А. Васильева, Г. Ф. Михайлова,

М. В. Пулин, А. В. Ферронская и др.

По данным исследований этих авторов, при всех со­ ставах бетонов снижение расхода вяжущего с 500 до 300 кг/ж3 уменьшает морозостойкость на 25—30%. Ос­ новным фактором, определяющим морозостойкость бе­ тонов, является водовяжущее отношение. Так, переход от жесткости бетонной смеси 50—60 сек к жесткости 15—20 сек приводит к падению морозостойкости в сред­ нем на 10—15%.

Увеличение песка в бетонной смеси (составы 1 :2,5; 1:2) снижает морозостойкость на 10—12%, а повыше­ ние модуля крупности от 1,9 до 2,9 при неизменном со­ ставе бетона повышает морозостойкость на 20—25%.

При разных расходах вяжущего и неизменной под­ вижности бетонной смеси морозостойкость бетона на гравии выше, чем морозостойкость бетона на щебне. Высокой морозостойкостью отличаются образцы, изго­ товленные на керамзитовом гравии.

Исследованиями показано [42], что морозостойкость можно повысить с помощью поверхностно-активных ве­ ществ. При введении ПАВ происходит снижение водопотребности, повышение плотности и, как следствие,

Т а б л и ц а VI.9. Влияние расхода вяжущего на относительную эф­ фективность действия добавок на ГЦП бетоны

Повышение морозостойкости по сравнению с контрольным составом в % при введении добавок

Расход вяжущего в кг!м3

292

Т а б л и ц а VIЛО. Влияние жесткости бетонной смеси на относитель­ ную эффективность действия добавок на ГЦП бетоны

понижение водопоглощения, что указывает на коренное изменение структуры. При этом наиболее эффективными оказались добавки СНВ и ГКЖ-94. Однако при введении ПАВ наблюдалось некоторое снижение прочности, со­ ставляющее в среднем 3% для ССБ; 3—5% для СНВ; 1,5—2 и 6—7% сооветственно для ГКЖ-Ю и ГКЖ-94.

Из приведенных в табл. VI. 9 средних данных по от­ носительной эффективности воздействия поверхностно­ активных добавок на ГЦП и ГШЦП бетоны с разными расходами вяжущего на 1 мг бетона видно, что с уве­ личением расхода вяжущего относительная эффектив­ ность добавок уменьшается. Подобное же уменьшение относительной эффективности добавок наблюдается и при увеличении жесткости бетонной смеси (табл. VI. 10).

Наилучшие результаты получены при введении в

смесь добавки ГКЖ-94, увеличившей в среднем моро­ зостойкость в 2,5—3 раза (до 180—200 циклов). Не­ сколько меньше влияние ГКЖ-Ю и СНВ, повысивших морозостойкость в 1,5—2 раза. Эффект от использования ССБ 30—40%. Статистическая обработка результатов с помощью метода ранговой корреляции [155] подтвер­ дила сделанные выводы.

Показатели морозостойкости получены при испыта­ нии бетонов в водонасыщенном состоянии. Натурные об­ следования и длительные наблюдения показали, что влажность материала в наружных ограждающих конст­ рукциях даже в условиях мокрого температурно-влажно­ стного режима не превышает 20%. Изучение морозостой­ кости образцов, влажность которых составляла 3,5 и

293