книги из ГПНТБ / Иванов И.А. Технология легких бетонов на искусственных пористых заполнителях учеб. пособие

Рис. IV. 13. Схема формирования струк­

в связи с образованием гидратов. Первоначальный объ­ ем зерна увеличивается, поскольку он дополняется объ­ емом новообразований. В то же время с учетом объема сольватных оболочек общий объем уменьшается. Раз­ ница в объемах указанных элементов предопределяет обратимую часть усадки цементного камня. Эта дефор­ мация обратима, поскольку при увлажнении бетона ре­ акционные каемки вокруг ядер цементных частиц интен­ сивно набухают.

В бетоне усадка снижается за счет «армирующего эф­ фекта» заполнителя, и тем значительнее, чем ближе вза­ иморасположение зерен. В цементном камне в местах их наибольшего сближения растягивающие напряжения по­ вышаются н возможно образование микротрещин. В за­ полнителе при этом возникают сжимающие напряжения.

В бетоне на пористых заполнителях наблюдаются аналогичные явления. Однако поскольку пористый за­ полнитель имеет большую деформативиость, чем плот­ ный, он в меньшей степени уменьшает п усадку цемент­ ного камня. Это обстоятельство приводит к повышенной усадке легких бетонов.

Полная усадка легких бетонов плотного строения обычно на 15—25% больше, чем тяжелых, и может до­ стигать 1,5 мм/м. Большинство легких бетонов имеют также ту особенность, что при твердении на воздухе в естественных условиях они первые семь суток после из­ готовления набухают в пределах 0,01% вследствие уве­ личения объема зерен пористого заполнителя при увлаж­ нении. Усадка же развивается в последующий период и достигает предельной величины в сроки более длитель­ ные, чем у тяжелых бетонов.

Большая деформативиость пористого заполнителя создает более благоприятные условия для усадки це­ ментного камня без образования в нем микроразрывов и трещин.

ПО

На конечную величину усадки легких бетонов влияет ряд факторов: вид цемента и его минералогический со­ став, коэффициент насыщения крупным заполнителем, соотношение упругих характеристик пористого заполни­ теля и цементного камня, предельная крупность запол­ нителя, условия твердения бетона. Нередко действие этих факторов носит противоречивый характер, поэто­ му многие вопросы, относящиеся к уменьшению усадки легких бетонов, до конца еще не решены. Рекомендации, направленные на снижение усадки, в значительной сте­ пени основываются на опытных данных.

Конечная усадка большинства бетонов на искусствен­ ных пористых заполнителях находится в пределах 0,3— 0,8 мм/м — она тем больше, чем больше объем и пори­ стость цементного камня. Исключение составляют перлитобетон и вермикулитобетон, у которых усадка может достигать соответственно 2,5 и 4,5 мм/м.

Значительное влияние на величину усадки оказыва­ ют вид мелкого заполнителя и условия твердения легких бетонов. В результате применения плотного кварцевого песка усадка снижается до 40%. При этом относитель­ ная прочность бетона на разрыв (по сравнению с проч­ ностью на сжатие) и соответственно трещиностойкость могут уменьшаться.

Тепловлажностиая обработка легких бетонов способ­ ствует снижению усадки. Так, пропаривание при темпе­ ратуре 95° С уменьшает усадку по сравнению с естест­ венными условиями твердения на 20—25%, при авто­

зателями: характеристикой и мерой ползучести. Харак-

теристика ползучести ф; = — — представляет собой

8 у п р

отношение относительной деформации ползучести в мо­ мент времени t к относительной упругой деформации

8 (t)

в момент загружения. Мера ползучести Ct= "

° б

представляет собой отношение относительной деформа­ ции ползучести к напряжению в бетоне ас

Деформация ползучести зависит от величины достиг-

111

нутого в бетоне напряжения. Если оно составляет не­ большую долю от разрушающего (0,2—0,3i?np), то де­ формация ползучести практически пропорциональна напряжению. При значительно больших напряжениях наблюдается нелинейная ползучесть.

Имеется ряд гипотез, объясняющих явление ползуче­ сти. Согласно современным представлениям физики твердого тела и теории структурообразования бетона, в кристаллической фазе цементного камня наблюдается не только сорбция паров воды на внешней поверхности кри­ сталлов гидросиликатов кальция, по и проникание их в межплоскостном направлении. Под влиянием напряже­ ний сдвига, действующих в нагруженном бетоне, возни­ кает своеобразное «течение» тонких слоев межкрпсталлической воды и расстояние между кристалликами изме­ няется. В этот период на стадии линейной ползучести происходит деформация бетона.

При более высоких напряжениях наряду с псевдовяз­ ким «течением» наблюдается разрыв связей между мик­ рокристаллическими составляющими цементного камня. В бетоне возникают мнкротрещины, и наступает стадия нелинейной ползучести.

Ползучесть с течением времени постепенно затухает. Объясняется это тем, что под нагрузкой наряду с ползу­ честью происходит перестройка кристаллогидратной структуры цементного камня: расстояние между микро­ кристалликами уменьшается и одновременно происходит релаксация напряжений, приводящая к уменьшению фактически действующего напряжения в бетоне.

Все сказанное о ползучести в равной мере относится к бетонам на плотных п пористых заполнителях, однако между ними имеются и существенные различия. Они за­ ключаются в величине деформации ползучести и харак­ тере ее изменения во времени.

Процесс ползучести легкого бетона полностью завер­ шается к 10-летнему возрасту. Обобщая данные, опубли­ кованные специалистами разных стран, Ф. Крумль при­ водит следующие усредненные значения характеристики ползучести для легких бетонов в зависимости от относи­

112

5. Водопоглощение и водопроницаемость

Пористое строение заполнителей, применяемых для легких бетонов, н значительный объем влаги, поглощае­ мой ими из окружающей среды, предопределяют такие свойства бетона, как водопоглощение, водопроницае­ мость, сорбционная влажность и паропроницаемость. Эти влажностные характеристики, в свою очередь, влия­ ют на теплопроводность бетона, способность защищать арматуру от коррозии, а также на долговечность самого бетона в агрессивной среде.

Водопоглощение легких бетонов определяется в соот­ ветствии с методами, приведенными в ГОСТ 7025—67 «Материалы стеновые и облицовочные. Методы опреде­ ления водопоглощения п морозостойкости» или в ГОСТ 12730—67 «Бетон тяжелый. Методы определения объем­ ной массы, плотности, пористости и водопоглощения».

Водопоглощение легких бетонов зависит прежде все­ го от их структуры, а также от структурной плотности и объема цементного камня в бетоне.

нителя находятся в цементном растворе. Следовательно, вода не имеет с ними непосредственного контакта и мо­ жет попасть в капиллярные поры заполнителя только че­ рез слой цементного камня. В результате этого водопог­ лощение легких бетонов уменьшается по мере повыше­ ния плотности цементного камня, а также с увеличением доли растворной части и толщины обмазки цементным раствором (или тестом) зерен заполнителя. Оба эти фак­ тора обычно приводят к увеличению объемной массы бе­

114

вому водопоглощение керамзитобетона уменьшается в

Т. Кристен и Р. Чех (ФРГ) отмечают, что для различ­ ных видов керамзитобетона скорость этих процессов раз­ лична (рис. IV.15). Насыщение керамзитобетона влагой

20r

Ж.

S 12\

!

I

протекает относительно медленно, и равновесная влаж­ ность при непосредственном контакте его с водой уста­ навливается только через семь суток. Бетой плотного строения имеет значительно большую влажность, чем крупнопористый. Для высыхания бетона после увлаж­ нения требуется более длительный период, который про­ должается около 3 месяцев.

Следовательно, увлажнение изделий из легкого бето­ на нежелательно. По нормам влажность керамзитобето­ на в панелях при отправке их на строительную площад­ ку не должна превышать 12%.

Водопроницаемость легкого бетона определяется про­ ницаемостью цементного камня, поскольку фильтрация воды через пористый заполнитель не происходит. Это объясняется тем, что вокруг зерен заполнителя имеется

116

пиллярные поры, поскольку субмикроскопические разме­ ры гелевых и контракционных пор исключают возмож­ ность вязкого течения через них воды.

Следовательно, водопроницаемость легких бетонов определяется зависимостью Д Р = / ( Я к а п ) , т. е. градиент давления ДР, при котором бетон становится водопрони­

Г. Д. Цискрели и других исследователей, бетоны на по­ ристых заполнителях имеют такую же водонепроницае­ мость, как и бетоны на плотных заполнителях. Из-за вы­ сокой плотности зоны контакта цементного камня с за­ полнителем и отсутствия седиментационных полостей фильтрация воды может не происходить через легкие бетоны при давлении до 20 ат.

те конденсации водяных паров имеет практическое зна­ чение при влажности окружающего воздуха более 60%• Находясь во влажных условиях, изделия и конструкции, если они предварительно были высушены, вновь погло­ щают влагу.

Равновесная влажность, установившаяся в конструк­ циях в результате их длительной эксплуатации в воз­ душно-сухих условиях, ориентировочно принимается за сорбционное увлажнение. Его величина для керамзито-

Из данных табл. IV.7 следует, что сорбционная влаж­ ность керамзитобетонных панелей в 2—3 раза меньше

117

той влажности, которая допускается при отправке их с завода на строительную площадку. Окончательное высы­ хание панелей происходит, таким образом, в зданиях и сооружениях.

Паропроницаемость легких бетонов вследствие их меньшей объемной массы и большей пористости значи­ тельно больше, чем у тяжелых. Для бетонов с объем­ ной массой 800—1400 кг/м3 расчетный коэффициент паропроницаемости легких бетонов составляет от 0,025 до 0,013 г/ (м • ч • мм рт. ст).

При этом для надежной защиты арматуры от агрес­ сивной газовой среды следует применять бетоны, которые характеризуются высокой степенью межзерновой плот­ ности и низкой паропроницаемостыо.

6. Теплопроводность

Наиболее существенное влияние на теплопровод­

даваемого материалом, характеризуется коэффициентом теплопроводности, величина которого выражается в

ГОСТ 7076—66 «Материалы строительные. Метод опре­ деления коэффициента теплопроводности».

При использовании легких бетонов в ограждающих конструкциях их толщину назначают в зависимости от расчетного коэффициента теплопроводности в соответст­ вии с указаниями СНиП II-А.7-62 (табл. IV.8). При од­ ной и тон же объемной массе бетона величина коэффици­ ента теплопроводности зависит от условия эксплуатации (влажностного состояния) ограждающей конструкции.

Из табл. IV.8 следует, что при одной и той же объем­ ной массе коэффициент теплопроводности бетона на пер­ лите и шлаковой пемзе меньше, чем на других пористых заполнителях. Эта особенность заполнителей, имеющих стекловидное строение, была установлена Н. А. Поповым еще в 1933 г. и неоднократно подтверждалась в ряде по­ следующих исследований.

Для данного вида легкого бетона чем выше объем­ ная масса, тем больше теплопроводность. С достаточной для практики точностью эту зависимость принимают

118

линейной. Так, для керамзитобетоиа она может быть вы­ ражена формулой

Я = 0,0005у0 — 0,25,

где X — коэффициент теплопроводности керамзитобетоиа в сухом со­ стоянии в ккал/(м-ч-град); у0 — объемная масса керамзитобетоиа в сухом состоянии в кг/м3.

Значительную ошибку можно допустить в теплотехни­ ческих расчетах конструкции из легких бетонов, если не принимать во внимание их влажность. В материалах по­ ристого строения перенос тепла происходит как твердой

от коэффициентов теплопроводности каждой из назван­ ных фаз.

Влага, находящаяся в порах, существенно повышает теплопроводность и ухудшает теплозащитные свойства бетона в ограждающих конструкциях. Это объясняется

и структуры не существует. Однако для отдельных видов легкого бетона и пористого заполнителя зависимость

119