И процессы при её уплотнении

 

О.К.

ЗВ (защемленный воздух)

В

Ц

ЗВ

МЗ

КЗ

 

 

Количество защемленого воздуха зависит от подвижности бетонной смеси. С уменьшением подвижности, количество защемленного воздуха возрастает до 40% и более. В очень подвижных смесях (литых) защемленный воздух не превышает 2%.

Под уплотнением понимается процесс максимального сближения твердых компонентов бетонной смеси за счет удаления из нее газообразной и иногда части жидкой фазы с целью формирования из зерен заполнителя каркаса будущего бетона.

При уплотнении бетонные смеси происходит:

1. удаление защемленного воздуха;

2. переукладка и сближение составляющих;

3. сегретация (расслоение);

4. седиментация (внутреннее водоотделение).

Сегрегация есть процесс расслоения, т.е. нарушения однородности состава бетонной смеси (равномерности распределения ее компонентов в объеме) вследствие неоднородности физических свойств составляющих, который происходит на стадии транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси.

Седиментация – это вытеснение воды более плотными компонентами под действием силы тяжести, в результате которого происходит внутреннее и поверхностное водоотделение, образование седиментационных пор и сквозных капилляров. Время протекания процесса седиментации для слоя бетонной смеси толщиной Н, мм, составляет, мин,

τ= 0, 265*Н

 

 

Пористость бетона

Пористость, или поровое пространство, бетона на плотных заполнителях, обусловлена в основном пористостью цементного камня и количественно характеризуется такими параметрами, как объем, удельная поверхность и средний радиус. Формирование пористости происходит непрерывно вследствие протекания процессов гидратации и коррозии, в связи с чем параметры поровой структуры бетона непрерывно изменяются.

Пористость бетона – это любое незаполненное твердой фазой пространство в структуре бетона.

 

Пористость классифицируется:

- по размеру;

- по отношению к воде;

- по происхождению.

 

1. В зависимости от размера пор различают:

- макропоры (более 0,1-0,2 мм);

- мезопоры;

- микропоры;

- ультромикропоры (субмикропоры);

- поры геля (самые мелкие, десятки мкн).

 

2. В зависимости от способности поглощать и удерживать воду при атмосферном давлении поры делятся на:

- капиллярные (не способны удерживать воду в обычных условиях);

- некапиллярные (способы поглощать и удерживать воду).

 

Капиллярные поры играют – роль в морозостойкости и непроницаемости бетона, т.е. чем меньше капиллярных пор, тем лучше.

В зависимости от доступности для воды при насыщении при атмосферном давлении поры делятся на:

- открытые (т.е. доступные при насыщении водой)

- условно замкнутые (резервные) – недоступные для насыщения.

 

3. По происхождению различают:

- контракционные (образующиеся в следствие химического взаимодействия цемента с водой)

- рецептурные различают;

а. Поры определяемые соотношением водой и цементом

б. В введением специальных добавок (для увеличения или уменьшения прочности бетона):

- технологические дефекты уплотнения и дефекты твердения (трещины)

Качество уплотнения БС характеризуется коэффициентом уплотнения К:

Ку= ρбс,ф,у/ρбс,т

 

где: ρ_бс,ф,у – фактическая плотность БС

ρ_бс,т – теоретическая плотность БС

 

Чем ближе К к 1, тем бетонная смесь – качественная, и наоборот К≥0,98 - меньше дефектов уплотнения.

- эксплуатационные дефекты: образуются в процессе эксплуатации, в результате физической и химической коррозии бетона.

Рассмотрим более подробно некоторые виды пор.

Поры геля составляют примерно 28% объема гидратированного цемента (цементного геля). Объем гелевых пор не зависит от В/Ц смеси, эти поры являются неотъемлемой частью цементного геля. Размеры гелевых пор (от 0,5 нм до 30 нм) соизмеримы с размерами молекул воды, в связи с чем вода в гелевых порах не является обычной жидкостью. В частности, ее плотность составляет до 1,5 г/см³, а температура замерзания ниже -70°С.

Контракционные поры образуются вследствие объемных изменений в системе «вода- цемент». Объем контракционных пор составляет несколько процентов объема цементного камня, размер пор изменяется в пределах от 30 нм до 50 нм. Контракционные поры оказывают положительное влияние на морозостойкость бетона.

Капиллярные поры формируются в объеме, заполненном химически несвязанной водой. Их объем и средний радиус возрастают с повышением В/Ц бетонной смеси. При В/Ц>0,38 образование капиллярных пор неизбежно. Размер пор составляет от 30нм до 50мкм. При увеличении капиллярной пористости снижается морозостойкость и непроницаемость бетона.

Седиментационные поры, образующиеся в результате процессов внутреннего водоотделения, имеют размеры от 50 до 1000 мкм и резко ухудшают морозостойкость и непроницаемость бетона.

Воздушные поры формируются в бетоне вследствие недостаточного уплотнения («защемленный» воздух) или в результате специальных технологических приемов («вовлеченный» воздух). Объем воздушных пор в конструкционных бетонах редко превышает 5%. «Защемленный» воздух, вследствие хаотичности распределения пор в объеме и нерегулярности размеров (от 25 до 500мкм и более), как правило, приводит к снижению прочности бетона на 3-5% на каждый процент «защемленного» воздуха. «Вовлеченный» воздух создает в структуре бетона систему равномерно распределенных почти сферических пор размером от 50 до 300мкм, что резко повышает морозостойкость бетона.

Увеличение доли открытых пор снижает долговечность бетона и, наоборот, уменьшение доли открытых пор и увеличение доли условно – замкнутых пор способствуют повышению долговечности. Открытые и условно – замкнутые поры образуют полную пористость бетона, с увеличением которой при прочих равных условиях снижается его прочность.

 

 

Пористость по Горчакову

 

Общая пористость:

П0 = (B-α*n*Ц)/10, (%)

 

 

Общая (полная) пористость:

В- расход воды, кг/м³

Ц- расход цемента

n- количество воды, которую цемент способен связать химически при полной гидратации (n≈0,25)

α- степень гидратации цемента в проектном возрасте, т.е. 28 суток (α≈0,6)

П0=(В-α*n*Ц)/10 = Ц * (В/Ц-α*n)/10

 

Пористость бетона зависит от количеств цемента, от В/Ц, от степени гидратации. Чем больше цемента, тем больше пористость. Чем меньше В/Ц, тем меньше пористость.

От общей пористости зависит прочность бетона.

 

 

Капиллярная прочность

 

Пк = (B-2*α*n*Ц)/10, (%)

Пк=(В-2*α*n*Ц)/10 = Ц * (В/Ц-α*n)/10

 

 

Из формул видно, что капиллярная пористость зависит от:

- В- содержания воды в уплотненной смеси, кг/м³;

-Ц- содержания цемента в уплотненной бетонной смеси, кг/м³;

-α- степени гидратации цемента.

При В/Ц≈0,3; П_к=0.

Капиллярная прочность определяет проницаемость и морозостойкость бетона, т.е. капиллярная пористость предопределяет долговечность ЖБК. При увеличении капиллярной пористости снижается морозостойкость и непроницаемость бетона.

 

 

Предел прочности бетона

При осевом растяжении

Это основной показатель качества бетона для конструкций, работающих на растяжение (резервуары, плотины и т.п.), в значительной степени определяющий трещиностойкость железобетонных конструкций.

Предел прочности бетона при осевом растяжении является основным нормируемым показателем качества бетона, конструкций, образования трещин, в которых в процессе эксплуатации не допустимо:

- предварительное напряжение арматуры невозможно или не целесообразно (платины, резервуары, бассейны и т.д.). Предел прочности бетона на растяжении находится в пределах В_t = 0,4…4,0. В случае если контроль прочности бетона осуществляется именно по растяжению, необходимо иметь в виду, что коэффициент вариации выше, чем при сжатии:

 

Rt= B/(1-t*V), при V=0,16

 

 

Определение предела прочности при растяжении выполняют на «образцах-восьмерках»:

800 мм

400 мм

200 мм

Rt=F/A – предел прочности при растяжении

 

Существует зависимость между пределом прочности при растяжении и пределом прочности при сжатии:

Rt

R

Rt = a * Rx a ~0,29 Х = 0,6 Rt = a * R2/3 – формула Фере а = 0,5, [кг/см3]

 

 

2 1

Рассмотрим сечение бетона:

 

Разрушение может происходить:

- по цементной матрице и контактной зоне;

- по цементной матрице и заполнителю;

- по 1-му и 2-му случаю одновременно.

 

По цементной матрице и заполнителю – когда цементный камень намного прочнее заполнителя. Пример, это легкие бетоны на пористых заполнителях и особо высокопрочные тяжелые бетоны.

По цементной матрице и контактной зоне – когда прочность заполнителя на растяжение существенно превышает прочность цементного камня. Пример, это тяжелые бетоны низких и средних классов.

Разрушение происходит по цементной матрице и контактной зоне и по цементной матрице и заполнителю:это высокопрочные тяжелые бетоны. Прочность контактной зоны на отрыв от заполнителя зависит от В/Ц и особенностей (свойств) заполнителя и может составлять от 20-90% прочности цементного камня на растяжение.

Чтобы повысить R_t, необходимо использовать заполнитель с шероковатой поверхностью.

Предел прочности бетона на растяжение определяется активностью цемента на растяжение, видом заполнителей и степенью их загрязненности, качеством уплотнения, условиями твердения и т.д. Для обеспечения высокой прочности на растяжение необходимо использовать чистые фракционированные заполнители, крупные пески и обеспечить условия твердения, ограничивающие усадку цементного камня. Предпочтение следует отдавать заполнителям, обеспечивающим высокое сцепление с цементным камнем (известняки плотные, доломиты).

 

Предел прочности