Механизм циклического вибрирования бетона

Принципиальный вопрос: изменяется ли степень гидратации портландцемента при вибрировании в рациональные сроки или не изменяется и если изменяется, то в какую сторону (уменьшения или увеличения)?

Для уточнения этого вопроса были изготовлены образцы-кубики (с ребром 4 см) из цементного теста с В/Ц=0,27 на новороссийском портландцементе. Температурно-влажностные условия – стандартные. Время приложения виброуплотнения – через каждые 90±10 мин с момента затворения цемента водой. Режим вибрации принимали циклическим, поскольку данный вид обработки позволяет максимально реализовать эффект активации. Продолжительность однократного уплотнения – 10…30 с.

Результаты испытания 28-суточных образцов на прочность при сжатии представлены на рис.6.4. Максимальный прирост прочности составляет 18…25 %, причем, с увеличением количества уплотнений прочность закономерно возрастала, затем стабилизировалась и при дальнейшей обработке достигнутый предельный уровень, практически, не менялся. По-видимому, после 270 мин твердения (после первых трех стадий гидратации) структура теста настолько уплотняется, что принятые параметры вибрации не приводят к тиксотропному разрушению системы.

Для проведения комплексных исследований (термовесового, дифференциально-термического, термогравиметрического, ренгенофазового и других анализов) использовали контрольные (а), с трех- (б) и шестиразовой (в) циклической вибрацией образцы (рис.6.4). После испытания на прочность образцы измельчали под прессом и в ступе до полного прохождения через сито 0,9, затем производили помол полученного материала в лабораторной шаровой мельнице в течение 24 часов (удельная поверхность продукта составляла 2780…2900 см²/г).

Рис.6.4. Влияние циклического вибрирования на

прочность цементного камня

Результаты испытаний представлены в табл.6.1, анализируя которые можно отметить о некотором снижении степени гидратации портландцемента в циклически виброактивированных образцах, по сравнению со стандартно изготовленными. Оптимальное оперирование вибрационным воздействием в процессе твердения цементного теста, растворных и бетонных смесей приводят, таким образом, не к разрушению, а к дополнительному уплотнению гидратных оболочек.

Таблица 6.1

Результаты физико-химических испытаний цементного камня, изготовленного стадартным методом и с различными режимами дополнительного вибрирования

Методы определения, показатели	Цементный камень
	Контрольный	С 3-разовой вибрацией	С 6-разовой вибрацией
1. Термовесовой анализ: общее количество воды, %, в т.ч. химически связанной, % физически связанной, %	16,29…17,85 9,17…10,23 6,65…8,09	16,53…17,59 7,49…8,55 8,42…9,66	16,15…17,51 7,64…9,00 8,06…8,96
2. Дифференциально-термический и термогравиметрический анализы: общая потеря массы, % потеря массы при 400…500 °С, %	18,1 1,8	17,6 1,2	17,9 1,4
3. Рентгенографический анализ (степень гидратации, %) C3S (d=3,03Å) C3S (d=2,74Å) C2S (d=2,77Å)	52,4 54,5 40,6	49,2 43,1 34,3	33,4 49,9 40,6
4. Количественный рентгеновский анализ (степень гидратации, %)	67,5	60,4 (повторная вибрация)	-
5. Прочность камня из вторично гидратированных цементов, МПа	13,2…15,4	15,6…18,4	16,6…18,8

Приложение вибрационных воздействий в моменты стяжения цементных частиц благоприятствует протекающему процессу, способствует более качественному уплотнению системы. Из контактных зон клинкерных зерен силовым путем выдавливается часть адсорбционно-связанной воды, снижается количество остаточных негидратированных композиций, повышается тем самым прочность, плотность и надежность микробетона. Этот аспект находится в полном соответствии с представлениями многих авторов относительно механизма повторных вибровоздействий. И.Н.Ахвердов с сотрудниками, на наш взгляд, абсолютно справедливо считают, «что при повторном вибрировании повышается прочность за счет перераспределения воды и увеличения сил сцепления (связи) между частицами цемента». Косвенным подтверждением этого эффекта является снижение степени гидратации портландцемента в циклически обработанном микробетоне и повышении его надежности при внешних тепловых воздействиях. Последнее подтверждается испытанием виброактивированных образцов-пластин (на основе турецкого БАЗЕЛ-цемента СЕМ 1 42,5 R) подвергнутых в нагруженном виде (рис.5.2) воздействию среды с температурой 70 °С (рис.6.5).

Рис.6.5. Влияние циклического вибрирования на прочность

и надежность бетонов

Согласованные с кинетикой стадийного твердения цементного камня вибрационные воздействия являются дополнительным силовым фактором, создающим благоприятные условия более «компактной упаковки» самоорганизующихся клинкерных зерен за счет уплотнения их гелевых клеевых оболочек, что, в итоге, приводит к повышению прочности цементного камня (с учетом доверительных границ) на 18…25 % (рис.6.4). Это – одна из причин повышения физико-механических свойств затвердевшего виброактивированного материала, причем в большей степени относящаяся к чисто цементному камню (без заполнителей). Применительно к бетонам, немаловажным аспектом является также повышение прочности адгезионного сцепления цементного камня с заполнителем, что подтверждается характером разрушения композита – отсутствием в плоскости излома оголенных поверхностей заполнителя (рис.6.6), которые в изобилии наблюдаются в традиционно изготовленном материале (рис.5.11).

Рис.6.6. Общий вид строения и отдельные участки контактной зоны

виброактивированного бетона (новороссийский ПЦ500-Д0,

раствор Ц:П=1:2, В/Ц=0,6)

Подобный результат имеет место в зоне контакта цементного камня с арматурными элементами и закладными деталями. Циклическое вибрирование не только значительно улучшает свойства бетона, но существенно повышает прочность сцепления цементного камня с арматурой (табл.6.2).

Таблица 6.2

Физико-механические свойства обычных и армированных образцов

Вид образцов	Физико-механические свойства
	Средняя плотность, кг/м3	Прочность, МПа
		при сжатии	сцепления с арматурой
Подвижность смеси – 4…5см
Контрольные	2320±84	15,2±2,1	2,86±0,2
С циклической вибрацией	2364±58	26,1±1,3	4,86±0,5
Подвижность смеси – 13…14см
Контрольные	2310±82	17,7±1,8	3,10±0,4
С циклической вибрацией	2366±72	25,3±1,4	3,85±0,6