4.2.4.4 Прочность свежеотформованной бетонной смеси

Прочность свежеотформованной бетонной смеси, т.е. способность сохранять форму после удаления формообразующей оснастки, необходима при бетонировании конструкций с немедленной распалубкой и зависит от ее жесткости. Малоподвижные смеси не обладают этим свойством.

В качестве примера можно привести пустотелые плиты перекрытий. Они формуются из бетонных смесей марки по удобоукладываемости Ж2. После удаления пустотообразователей из отформованной плиты она не разрушается.

4.2.5 Свойства бетона

Свойства бетона зависят от его строения. Они оцениваются следующими показателями: прочностью при сжатии, растяжении, растяжении при изгибе, срезе и смятии усадкой и набуханием, водонепроницаемостью, морозостойкостью тепловыделением, теплоемкостью; акустическими свойствами, – коррозионной стойкостью и др.

4.2.5.1 Строение бетона

Бетон представляет собой композиционный материал, состоящий из зерен заполнителей, цементного камня (матрицы) и контактного слоя между ними. Цементный камень склеивает зерна заполнителей. При недоуплотнении бетонной смеси создаются воздушные пустоты. В цементном камне и контактной зоне могут образовываться трещины (рисунок 4.8). Соотношение между компонентами и однородностью смеси характеризует макроструктуру бетона. Она видна невооруженным глазом или при небольшом увеличении.

Микроструктурой называют компоненты бетона, видимые при значительном увеличении под микроскопом. Это цементный камень, контактный слой и поры.

Основным компонентом бетона является цементный камень, который состоит в основном из продуктов гидратации цемента, негидротированнных зерен клинкера и добавок.

К

Рисунок 4.8 – Структура бетона:

1–зерна заполнителя; 2 – контактная зона;

3 – цементирующее вещество; 4 – воз

душные пустоты; 5 – усадочные трещины

онтактный слой обычно составляет 30–60 мкм. Он отличается от цементного камня. При гидролизе 3CaO∙SiO₂ на поверхности заполнителя располагаются Ca(OH)₂ и CaCO₃.

На поверхности известнякового заполнителя образуются карбоалю-минаты. Отдельные заполнители, такие как пемза, керамзит содержат аморфный кремнезем, взаимодействующий с Ca(OH)₂ с образованием гидросиликатов. При автоклавной обработке кварцевый песок взаимодействует с Ca(OH)₂. Все эти факторы влияют на величину сцепления заполнителей с цементным камнем. У бетонов на плотных заполнителях оно меньше прочности цементного камня на растяжение. Лучшее сцепление у пористых заполнителей.

Бетон – пористый материал. Пористость П_б включает пористость цементного камня П_ц._к, заполнителей; П_з, межзерновую пустотность П_м._з и объем вовлеченного воздуха П_в

П_б = П_ц._к + П_з + П_м.з + П_в.

Пористость плотных заполнителей обычно не более 1 %, межзерновые пустоты бетона плотной структуры составляют чаще всего 2–3 %, объем вовлеченного воздуха – 2–6 % при коэффициенте уплотнения К_у = 0,94–0,98. Поэтому пористость тяжелого бетона плотной структуры это в основном пористость цементного камня.

Поры образовались в результате физико-химических процессов твердения цемента и испарения не связанной в новообразования воды.

Цементный камень включает поры геля и капиллярные поры.

Поры геля расположены между частицами геля. Размер их не более 0,004 мкм, количество составляет 28 %. Они заполнены адсорбционно связанной водой, которая не замерзает при температуре минус 78 °С. Морозостойкость цементного бетона не уменьшается.

Капиллярные поры имеют размеры более 0,1 мкм. При твердении бетона физически и химически связанная вода составляет 50 % от массы цемента. Если нет доступа воды извне, в бетоне с В/Ц > 0,5 всегда будут капиллярные поры, образовавшиеся несвязанной водой затворения. Объем капиллярных пор уменьшается с понижением водоцементного отношения и с повышением степени гидратации цемента.

При водонасыщении бетона капиллярные поры заполняются водой, которая замерзает при температуре ниже 0 °С. При большом количестве капиллярных пор морозостойкость и водонепроницаемость бетона понижается, бетон плохо сопротивляется химической коррозии.

Общую пористость тяжелого бетона без учета объема вовлеченного воздуха П_о, %, можно вычислить по формуле

где В – расход воды, кг/м³; В_х.с – количество химически связанной воды, кг/м³, определяемой по формуле

В_х.с = 0,84wЦ

где w – количество химически связанной воды в процентах от массы цемента, принимается 15–20 % через 28 суток твердения бетона, в формулу подставляется в виде коэффициента, равного 0,15–0,20; ц – расход цемента, кг/м³.

Плотность химически связанной воды больше единицы, поэтому ее объем принят 0,84 л/кг.