116 Усадка и набухание бетона

Усадка и набухание — способность бетона к изменению объема, обусловленная преимущественно изменением его влагосодержания. При твердении на воздухе уменьшение влажности бетона сопровождается сокращением размеров бетонного элемента, т. е. усадкой. Усадка бетона складывается из влажностной, карбонизационной и контракционной составляющих. Влажностная усадка происходит в результате испарения влаги из капилляров с радиусом менее 0,1 мкм, а также из цементного геля. Карбонизационная усадка вызывается уменьшением объема цементного камня вследствие перехода содержащегося в нем Са(ОН)2 в СаС03 (под воздействием углекислоты воздуха). Контракционная усадка связана с уменьшением абсолютного объема при твердении системы цемент—вода. Эта последняя составляющая усадки невелика — 10 % от влажностной усадки.

Во избежание появления трещин в сооружениях большой протяженности устраивают усадочные швы. Усадка в различных слоя конструкции происходит неравномерно, что связано с неоднородным распределением влагосодержания в бетонном элементе. Это вызывает напряжения, приводящие к появлению усадочных трещин.

Увлажнение в результате атмосферных воздействий или прямого контакта с водой приводит к увеличению объема бетона — набуханию. Как показывают опыты, деформации набухания бетона значительно меньше его усадки.

Вид заполнителя во многом определяет влажностные деформации бетона. В еще большей степени на усадку и набухание влияет состав бетона: чем меньше расход цемента и ниже В/Ц, тем меньше и влажностные деформации бетона.

117

Плотность бетонаПлотность бетона заметно влияет на его стойкость в различных условиях эксплуатации. Следует различать плотность незатвердевшей бетонной смеси и плотность затвердевшего бетона. Бетонная смесь может быть почти совершенно плотной (имеется в виду плотность с учетом воды, содержащейся в смеси), если она правильно рассчитана и плотно уложена. Плотность такой бетонной смеси довольно точно совпадает с теоретической, рассчитанной по сумме абсолютных объемов материалов, если бетонная смесь не содержит вовлеченного воздуха. В затвердевшем бетоне только часть воды находится в химически связанном состоянии. Остальная (свободная) вода остается в порах или испаряется. Поэтому затвердевший бетон никогда не бывает абсолютно плотным. Пористость бетона можно опредить по формуле, %:

где В и Ц -расход воды и цемента на 1 м3 бетона (1000 дм); w - количество химически связанной воды в долях от массы цемента. В возрасте 28 сут цемент связывает приблизительно 15% воды от своей массы. Например, если в 1 м3 бетонной смеси содержится 320 кг цемента и 180 л воды, то пористость бетона будет: Поры в тяжелом бетоне, образовашиеся на месте избыточной воды, располагаются в цементном камне и подразделяются на поры геля и капиллярные поры. Если в бетоне содержится вовлеченный воздух, то суммарная пористость возрастает: Псум = П1 + П2где П2 - объем вовлеченного воздуха, %. Плотность бетона может быть повышена тщательным подбором зернового состава заполнителей, дающим уменьшение объема пустот в смеси заполнителей, а следовательно, и содержания цементного камня в бетоне. Кроме того, можно применять цементы, присоединяющие возможно больше воды (высокопрочный портландцемент, глиноземистый цемент, расширяющийся цемент), или цементы, занимающие больший абсолютный объем (пуццолановый портландцемент). Плотность бетона может быть повышена путем уменьшения водоцементного отношения, что достигается введением в бетонную смесь специальных добавок - пластификаторов, уплотнением бетонной смеси вибрацией, центробежным или другим механизированным способом. Часть свободной воды из бетонной смеси при укладке можно удалить вакуумированием

Пористость бетона

Бетон представляет собой сложную многофазную систему, состоящую из цементного камня с равномерно распределенными в нем включениями в виде зерен песка и крупного заполнителя, а также более или менее мелких пор, заполненных водными растворами минеральных веществ и воздухом. Однородным можно назвать такой бетон, в котором его разнородные компоненты и все три фазы —твердая, жидкая и газообразная — распределены равномерно.Наличие жидкой и газообразной фаз объясняется пористостью бетона; последняя является следствием как самой природы цементного камня, так и принятой технологии изготовления бетона. В отдельных случаях создается искусственная пористость путем введения в бетонную смесь газообразующих и воздухововлекающих добавок, пенистой массы и т. п, В нормально плотных бетонах степень пористости в значительной степени зависит от величины водо-цементного отношения, принятого при затворении бетонной смеси.По классификации Н. А. Мощанского, в зависимости от происхождения поры и другие неплотности в цементном камне и бетоне можно разделить на следующие виды: поры геля; размер их колеблется в пределах от 25 до 1000 А (0,0025—0,1 мк); поры эти в основном замкнутые; капиллярные поры, образующиеся в результате испарения и миграции влаги. Размер их колеблется в довольно широких пределах— от 0,1 мк и менее (микрокапилляры) до 10—50 мк (макрокапилляры); эти поры в основном открытые и сообщающиеся между собой; открытые трещины и микротрещины температурно-усадочного происхождения. Толщина их может достигать нескольких мм; воздушные поры, образовавшиеся в результате преднамеренного вовлечения воздуха в бетонную смесь при приготовлении ячеистых бетонов, применения воздухововлекающих добавок при приготовлении и укладке бетонной смеси. Эти поры могут иметь разный размер — от 5—25 мк (воздух вовлечен с добавками) до 0,1-—5 мм (в пенобетоне), воздушные поры в большинстве случаев замкнутые; пустоты и полости, образующиеся под стержнями арматуры, зернами крупного заполнителя и т. п. в результате внутреннего расслаивания и седиментации (осаждения) излишне подвижных и малопластичных бетонных смесей; раковины и каверны как результат плохой укладки.Открытые поры нарушают структуру бетона и уменьшают его водонепроницаемость, увеличивают водопоглощение, снижают морозостойкость и стойкость против действия химически агрессивных жидкостей. Закрытые поры, наоборот, улучшают эксплуатационные свойства бетона, повышая его долговечность, в частности морозостойкость.Уменьшить открытую пористость можно путем снижения величины водоцементного отношения и количества воды затворения. Однако приходится считаться с тем, что вода в бетоне является не только химическим реагентом, но и гидросмазкой, обеспечивающей бетонной смеси требуемую подвижность или техническую вязкость.Избежать некоторого избыточного содержания воды в бетоне против необходимого для полноты реакции цемента с водой невозможно. Следовательно, нельзя полностью освободиться и от капиллярных пор в затвердевшем бетоне. Вместе с тем имеется много средств и приемов для изменения структуры бетона и создания материала, в зависимости от его назначения, с заранее заданными свойствами. На свойства бетона влияют технологические факторы, принятые способы приготовления и формования бетонной смеси, режим твердения бетона. Изменяя исходные материалы, состав, технологические режимы, можно регулировать структуру бетона в нужном направлении.