Набухание

 

Цементный раствор или бетон при длительном хранении в воде характеризуется набуханием, т. е. увеличением объема и веса. Это набухание обусловлено адсорбцией воды цементным камнем: молекулы воды обладают расклинивающим действием и уменьшают межмолекулярные силы. Кроме того, вода вызывает уменьшение поверхностного натяжения материала, вследствие чего также происходит некоторое расширение бетона.

Линейное расширение в воде образцов из цементного теста по отношению к размерам образцов через 24 ч после их изготовления имеет следующие величины:

1300X10"6 через 100 суток 2000х10"6 через 1000 » 2200хю-6 через 2000 »

Набухание бетона значительно меньше, величина его колеблется от 100X10—6 до 150X10—6 для бетона с содержанием цемента 250 кг/м3. Такая величина набухания наблюдается через 6—12 месяцев хранения в воде бетонных образцов, при дальнейшем хранении величина набухания незначительна.

Набухание сопровождается увеличением веса бетона на величину около 1 %

Усадка при высыхании бетона

 

Удаление воды из бетона при хранении его на открытом воздухе вызывает усадку. Возможно, что усадка или часть ее вызвана удалением из цементного камня химически связанной воды. Известно, что гидросиликат   кальция   при   высушивании   характеризуется   сокращением размеров крастиллической решетки от 14 до 9 А. Аналогичное сокращение размеров присуще и гидросульфоалюминату кальция и гидрату четырехкальциевого алюмоферрита. Таким образом, нельзя определить, связана ли усадка с удалением внутри или вне кристаллической влаги. Однако, поскольку величина усадки для портландцемента и глиноземистого цемента одинакова, очевидно, основная причина усадки заключена в физической природе цементного геля, а не в его химическом или минералогическом составе.

Зависимость между потерей воды и величиной усадки показана на рис. 6.12. Для чистого цементного камня эти две величины связаны друг с другом прямой пропорциональной зависимостью  при   условии, что в цементном камне нет капиллярной влаги и удаляется только адсорбционно связанная вода. В смеси с добавкой к цементу молотого кремнезема, где для затворения требуется большее количество воды (т. е. для смесей с большим В/Ц), даже после полной гидратации цемента имеется определенное содержание капиллярной влаги. Удаление капиллярной влаги вначале не сопровождается усадкой системы, однако после того, как свободная вода удалена из цементного камня, начинается удаление адсорбционно связанной воды, которое сопровождается усадкой, протекающей с теми же закономерностями, что и в чистом цементном камне. Поэтому участки кривых на рис. 6.12, характеризующие усадку за счет удаления адсорбционно связанной воды, имеют одинаковый наклон для смесей с различным содержанием цемента. Бетоны, в которых свободная вода содержится в крупном заполнителе или в больших порах и дефектах структуры, характеризуются большим разнообразием форм    кривых  усадки.

Факторы влияющие на усадку бетона

 

В табл. 6.1 приведены величины усадки, полученные для бетонных и растворных образцов площадью поперечного сечения 36 см2 после 6 месяцев хранения при температуре 20° С и относительной влажности воздуха 50%- Однако эти величины являются ориентировочными, поскольку усадка зависит от многих факторов.

Наибольшее влияние на величину усадки бетона оказывает заполнитель. Усадка бетона у& составляет часть усадки чистого цементного теста г/ц, она зависит от количества введенного заполнителя а и выражается уравнением вида

Величина эмпирического коэффициента п колеблется от 1,2, до 1,7. На рис. 6.13 приведена зависимость усадки бетона от количества введенного в него заполнителя при величине /г =1,7. Величина и форма крупного заполнителя в чистом виде не влияет на усадку бетона, однако использование крупного заполнителя позволяет применять более тощие смеси с меньшим содержанием цемента, что приводит к уменьшению величины усадки. Увеличение максимальной крупности заполнителя от 6 до 150 мм позволяет поднять содержание заполнителя в смеси от 60 до 80%, что приводит, как видно из рис. 6.13, к уменьшению величины усадки в три раза. Точно так же при одинаковой прочности бетонная смесь с низкой удобоукладываемостью содержит больше заполнителя, чем смесь с заполнителем тех же размеров, но с более высокой удобоукладываемостью, а поэтому характеризуется меньшей усадкой. Например, увеличение количества заполнителя в бетоне с 71 до 74% при одинаковом В/Ц позволяет снизить величину усадки примерно на 20% (рис. 6.13).

Упругие свойства заполнителя также определяют степень сокращения объема бетона. Например, использование заполнителей из металла приводит к снижению величины усадки на 7з, а керамзита увеличивает на 7з по сравнению с бетоном на обычном заполнителе. Напротив, содержание в заполнителе глинистых примесей может привести к увеличению усадки бетона на 70%, поскольку глина сама подвержена усадке.

Однако и для бетона на обычных заполнителях наблюдаются значительные колебания в величинах усадки (рис. 6.14); в общем усадка изменяется в обратной зависимости от модуля упругости бетона в раннем возрасте.

Содержание воды в бетоне также оказывает влияние на его усадку в той степени, в которой оно уменьшает содержание заполнителей, препятствующих усадке. Зависимость усадки бетона от его водосодержания подчиняется закону, представленному на рис. 6.15, однако количество воды в момент затворения не является главным фактором.

Свойства цемента оказывают незначительное влияние на усадку бетона. Швайде показал, что более высокая величина усадки чистого цементного камня не обязательно обусловливает высокую усадку бетона на этом цементе.

Химический состав цемента, как правило, не оказывает влияния на усадку, за исключением тех случаев, когда в цементе содержится недостаточное количество гипса, что приводит к увеличению усадки бетона.

Бетоны на глиноземистом цементе характеризуются теми же значениями величины усадки, что и бетоны на портландцементе, однако во времени процесс усадки протекает в них более быстро.

Тонкость помола цемента влияет на усадку только в случае содержания частиц крупнее, чем отверстия сита № 200. Эти частицы гидратируются очень медленно и оказывают удерживающее действие аналогичное заполнителю. В противоположность более ранним утверждениям цемент более тонкого помола не увеличивает усадку бетона. В то же время усадка цементного теста увеличивается. Введение в бетон воздухововлекаю-щих добавок не приводит к изменению его усадки.

Бетоны с добавкой хлористого кальция характеризуются увеличением усадки на 10—50%, возможно вследствие образования более дисперсного геля.