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

между указанными величинами может быть принята ли­

делия увеличивается почти 1,5 раза.

120

лопроводности ухудшает качество ограждающих конст­ рукций. Излишнее увлажнение в большей степени ухуд­

обеспечить заданные теплотехнические свойства, необхо­

распределяется в виде тонких пленок и поэтому имеет достаточно прочную физико-химическую связь с мате­ риалом. Подобным условиям в первую очередь отвечают легкие бетоны плотной структуры, твердевшие в усло­ виях, наиболее благоприятных для полной гидратации цемента.

Важная особенность легких бетонов, особенно плот­ ной структуры, состоит в том, что содержащиеся в их по­ рах пленочная вода при замерзании превращается не в лед, а в иней. Это явление, обнаруженное Ф. В. Ушковым, приводит к тому, что коэффициент теплопроводности бе­ тонов на пористых заполнителях снижается при отрица­ тельных температурах на 10—20%, так как коэффициент

раз меньше коэффициента теплопроводности воды и бо­

пературопроводности. Удельную теплоемкость легких бе­

121

Коэффициент температуропроводности повышается с увеличением объемной массы бетона: от 9 — Ю - Ю - 4 м2/ч для легкого бетона с объемной массой 900 кг/м3 до 25— 26-10~4 м2/ч для легкого бетона с объемной массой 1800 кг/м3. С увеличением влажности легких бетонов ко­ эффициент температуропроводности возрастает до 20%.

7. Долговечность

Под долговечностью строительных изделий и конст­ рукций понимается способность их сохранять в течение заданного срока требуемые для нормальной эксплуата­ ции характеристики.

Долговечность конструкции зданий в зависимости от их классов должна быть:

Долговечность конструкции обеспечивается примене­ нием соответствующих строительных материалов.

Срок, в течение которого материал, в том числе и лег­ кий бетон, ие утрачивает в процессе эксплуатации необ­ ходимые физико-механические характеристики, определя­ ется как его свойствами, так и физическими и химически­ ми факторами окружающей среды. Чаще всего эти фак­ торы действуют совместно, и разрушение бетона начина­ ется именно в тех случаях, когда окружающая среда является не только химически агрессивной, но и физически активной. Физическая активность среды характеризуется цикличным характером воздействия: замораживание-от­ таивание, насыщение-высушивание, нагревание-охлаж­ дение.

При цикличном действии температуры и влажности в бетоне происходят физико-химические изменения, опреде­ ляющие одновременное прохождение двух диаметрально противоположных процессов: уплотнения и упрочнения бетона или отдельных его зон новообразованиями (кон­ структивный процесс); возникновения в бетоне или от­ дельных его зонах ряда дефектов — микротрещин и раз­ рывов (деструктивный процесс).

122

Результирующий эффект зависит от того, какой из этих процессов является превалирующим в рассматри­ ваемый период и в рассматриваемой зоне материала (на­ пример, на наружной поверхности).

При преобладании деструктивных процессов происхо­ дит накопление необратимых деформаций. Зачастую при цикличном воздействии среды конструктивные и дест­ руктивные этапы процесса чередуются (например, при высушивании-насыщении). Сопровождающие их де­ формации имеют противоположный знак и многократно переходят через нулевые значения. Относительным пока­

сти. Если окружающая среда является химически агрес­

123

Поэтому пониженная морозостойкость отдельных гра­ нул керамзита, как и некоторых партий заполнителя, в целом не является основанием для их браковки. По ГОСТ 9759—71 морозостойким считается керамзит, вы­ держивающий не менее 15 циклов замораживания, при потере в массе не более 8%.

По данным А. И. Ваганова, Г. И. Горчакова, Г. П. Курасовой и др., легкие бетоны плотной структуры имеют, как правило, высокую морозостойкость.

Морозостойкость обусловливается не только «плот­ ным» строением'бетона, но и повышенной морозостойко­ стью цементного камня вследствие отсоса заполнителем части влаги. Недостаточно "морозостойкий пористый за­ полнитель оказывается как бы защищенным цементным камнем. Так, низкая морозостойкость лианозовского ке­ рамзита компенсируется достаточно высокой плотностью и прочностью цементного камня высокопрочных бетонов марки 300. Лишь в бетонах низких марок с неплотной структурой или в материале, достаточно прочном, но ос­ лабленном агрессивной средой, сказываются дефекты от­ дельных гранул керамзита. В отличие от тяжелых бето­ нов контактная зона между поверхностью заполнителя с прилегающим цементным камнем в легких бетонах явля­ ется переходной зоной между двумя видами пористых структур, а не границей раздела между плотной и капил­ лярно-пористой структурой.

Наличие подобной переходной зоны создает более од­ нородное распределение пористости между цементным камнем и заполнителем, поэтому при замораживании и последующем оттаивании бетона на пористых заполни­ телях в контактной зоне не возникает значительных внутренних напряжений.

Кроме того, легкие бетоны обладают повышенной мо­ розостойкостью благодаря небольшой разнице в величи­ не температурных деформаций заполнителя и цементно­ го камня. Известно, что при изменении температуры ок­ ружающей среды, например при замораживании или от­ таивании, внешние деформации бетона сопровождаются возникновением внутренних напряжений за счет разной величины коэффициента линейного температурного рас­ ширения цементного камня и пористого заполнителя. Чем ближе между собой величины указанных показате­ лей, тем менее опасны внутренние температурные напря­ жения.

124

В Московском инженерно-строительном институте для измерения температурных деформаций компонентов лег­ кого бетона создана специальная дилатометрическая установка. По данным определений коэффициентов ли­ нейного температурного расширения основных видов по­ ристого заполнителя и цементного камня на указанной дилатометрической установке, наибольшим коэффициен­ том линейного температурного расширения в интервале от —60 до +20° С обладает шлаковая пемза, наимень­ шим— керамзитовый гравий (рис. IV. 17). Температур­ ные деформации шлаковой пемзы близки к соответству­ ющим показателям цементного камня. У других заполни­ телей оии в 2—3 раза меньше, в результате возможность возникновения внутренних температурных напряжений у них также меньше.

Температурные деформации пористых строительных материалов в водонасыщенном состоянии отличаются от приведенных на рис. IV. 17. Протекающий с разной ин­ тенсивностью непрерывный процесс изменения размеров пористых материалов, вызванный изменением темпера­ туры, предложено характеризовать специальной дилато­ метрической кривой. На вертикальной оси откладывают­ ся не температурные деформации, отнесенные к одному градусу изменения температуры, а так называемые при­ веденные удлинения 8/, которые вычисляются по резуль­ татам дилатометрических измерений длины образцов в

линения образца во влажном и сухом состояниях. На рис. IV. 18 приводится полученная Г. И. Горчаковым с сотрудниками дилатометрическая кривая керамзита в водонасыщенном состоянии.

Из приведенных на рисунках данных следует, что в интервале температур от +20 до —7° С разницы в вели­ чинах температурных деформаций сухого и насыщен­ ного керамзита не наблюдается; на этом участке кривой е( = 0. В интервале-от —7 до —70° С происходит быстрое («скачкообразное») удлинение влажных образцов, вы­ званное замерзанием воды, находящейся в порах керам­ зита. Далее, по мере снижения температуры происходит сжатие заполнителя. Влажный керамзит сжимается сильнее, поскольку образующийся лед имеет по сравне­ нию с заполнителем в 5—7 раз больший коэффициент линейного температурного расширения.

125

С повышением температуры размеры керамзита на­ чинают увеличиваться (кривая 2, рис. IV. 18), по с иной интенсивностью, чем они изменялись в период охлажде­ ния. При этом различие в деформациях сухого и насы­ щенного заполнителя сохраняется. Абсолютная величи­ на деформаций насыщенного пористого заполнителя, а также приведенные удлинения зависят от количества поглощенной влаги. У заполнителя с более высоким водопоглощением, например у шлаковой пемзы, наблюда­ ется и большее удлинение.

видно, что с увеличением объема капиллярных пор воз­ растают величины приведенного удлинения, а морозо­ стойкость бетона значительно понижается. Таким обра­ зом, приведенное удлинение, определенное для темпера­ туры —10° С, при которой наблюдается максимальное удлинение пористого заполнителя в водонасыщенном состоянии, может служить показателем морозостой­ кости бетона. Меньшая величина приведенного удлине­ ния бетона свидетельствует о меньшем количестве ка­ пиллярных пор и более высокой морозостойкости.

По данным Н И И Ж Б , легкие бетоны плотной струк­ туры могут характеризоваться ориентировочными пока­

Следует указать, что разная морозостойкость легких бетонов объясняется в первую очередь различной капил­ лярной пористостью бетоноЕ вследствие различной водопотребности примененных пористых заполнителей.

127

Увеличение морозостойкости по мере повышения марки легкого бетона объясняется снижением величины

В/Ц.

Эффективным средством повышения морозостойко­ сти является введение в легкобетонную смесь кремнийорганических поверхностно-активных добавок. По дан­ ным Л. И. Карликовой, при использовании ГКЖ-94 0,1—0,3% массы цемента морозостойкость керамзитобе­ тона марки 300 повышается в несколько раз.

Наличие в бетоне плотного заполнителя, ие претерпева­ ющего при этом деформаций, уменьшает усадку и набу­ хание и тем самым способствует повышению долговеч­ ности тяжелых бетонов. Так, набухание бетона на плот­ ном заполнителе достигает величины 0,2 мм/м, усадка —

хание возрастает до 0,5—0,7 мм/м и соответственно уве­ личивается усадка — в среднем за год она для бетона на кварцевом песке доходит до 0,65 мм/м, иа золе — до

1мм/м.

Влегких бетонах зерна пористого заполнителя при насыщении водой и высушивании деформируются. При

этом, как было показано Н. И. Макридиным, характер этого процесса зависит от вида пористого заполнителя (рис. IV.20). По мере возрастания числа циклов смачи­ вание-высушивание остаточные деформации заполните­ лей, приводящие к изменению их объема, увеличивают­ ся в наибольшей степени у зерен керамзита, что объяс­ няется напряженным состоянием зерен керамзита вслед­ ствие разной скорости охлаждения их плотной оболочки и более пористого ядра. В наименьшей степени остаточ­ ные деформации увеличиваются у зерен аглопорита.

Деформация пористых заполнителей и, как правило, повышенная водопотребность легкобетонных смесей, приводят к большим деформациям легкого бетона при попеременном насыщении и высушивании. При этом су­ щественное значение имеют структура легкого бетона и водопотребность мелкого заполнителя.

128

Рис. IV.20. Характер деформации пористых заполнителей при цик­ личном водонасыщении и высушивании в зависимости от степени первоначального напряженного состояния

а — гранула керамзита с оболочкой; б — то ж е , со снятой оболочкой; о — зерно аглопорнта

Несмотря на повышенные деформации, долговеч­ ность легких бетонов при попеременном насыщении-вы­ сушивании достаточно высокая, за исключением тех слу­ чаев, когда искусственные пористые заполнители (в частности, аглопорит) содержат недостаточно обожжен­ ное глинистое вещество или несгоревшие органические остатки. Золы ТЭС, применяемые в качестве мелкого заполнителя, содержат значительное количество несгоревших частиц топлива. Отрицательное действие их оп­ ределяется интенсивностью взаимодействия с кислоро­ дом воздуха, что проверяется непосредственным испыта­ нием бетона на водонасыщение-высушивание и на моро­ зостойкость.

Слабо обожженное глинистое вещество, равно как и несгоревшие остатки топлива, при увлажнении набуха­ ют, а при высыхании резко уменьшаются в объеме. В ре­ зультате в бетоне накапливаются дополнительные де­ формации, неблагоприятно влияющие на его долговеч­ ность (водостойкость, морозостойкость).

Второй источник деструкции возникает в результате химического взаимодействия некоторых заполнителей или содержащихся в них примесей с продуктами гидра­ тации цемента или водой.

Особую опасность в этом отношении представляют опаловидный кремнезем и стеклофаза вспученного пер­ лита. В процессе твердения бетона вокруг зерен перлита