Вопрос № 5 Твердение бетона и формирование его структуры. Особенности твердения портландцементного бетона при различных температурах

Свежеприготовленная бетонная смесь с какого-то момента начинает загустевать, а затем она полностью теряет способность формоваться. В этих случаях говорят, что бетонная смесь схватилась. Но такая смесь обладает незначительной механической прочностью. Однако уже после схватывания начинают проявляться свойства хрупкости смеси, т.е. способность её разрушаться без ясно выраженной пластической деформации.

Через некоторое время схватившаяся бетонная смесь превратится в бетон, прочность которого при наличии влаги и тепла будет возрастать длительное время.

Схватывание бетонной смеси и твердение бетона являются следствием химических реакций, происходящих между минеральным вяжущим и водой затворения. Эти реакции носят название реакций гидратации вяжущего.

Схватывание происходит в первой стадии процесса гидратации. Ход этого процесса можно проследить по нарастанию пластической прочности цементного теста.

Вторая стадия гидратации - твердение вяжущего - характеризуется потерей пластичности, приобретением упругости формы и способности сопротивляться разрушению под действием напряжений.

Нормальными для твердения бетона условно приняты температура порядка 20° и относительная влажность воздуха, приближающаяся к 100%.

С ростом температуры гидратация ускоряется, а с понижением замедляется. Однако с изменением температуры меняется растворимость исходных фаз портландцементного клинкера, что приводит к появлению несколько иных новообразований.

Бетон на портландцементе твердеет при нормальной температуре и влажности иногда очень долго: годами, даже десятилетиями, хотя наибольший прирост прочности происходит в течение первых семи суток. После 28 суток прочность нарастает сравнительно медленно.

Рост прочности бетона, как показали многочисленные наблюдения, прямо пропорционален логарифму времени. по формуле Б.Г.Скрамтаева

Rt=R28·lgt/lg28, где lg28 - прочность бетона в 28- дневном возрасте.

Однако эта формула применима только для бетона на обычном портландцементе средних марок и обеспечивает удовлетворительную точность при t ≥ 3.

Более точной является формула И.А.Лукьянова и В.М.Москвина, в основу которой положены две известные величины - прочности бетона в возрасте t1 и t2 суток,

Rt=Rt1+m(Rt2-Rt1), где

Rt - искомая прочность бетона в возрасте t, суток;

Rt1, Rt2 - известные прочности бетона в возрасте t1 и t2 суток; при этом предполагается, что t2 больше, чем t1;

m - коэффициент, вычисляемый по формуле:

m=lg(1+lgt)-lg(1+lgt1)/lg(1+lgt2)-lg(1+lgt1)

Понижение или повышение температуры твердения бетона снижает или повышает рост прочности бетона. При этом под температурой твердения бетона в относительно тонкостенных конструкциях следует понимать температуру окружающей среды, а для массивных конструкций - температуру внутри массива, всегда большую, чем температура окружающей среды, вследствие экзотермии цемента.

Имеется несколько способов ускорения твердения бетона в нормальных температурно-влажностных условиях. Один из них - замена цемента данной активности другим более высокой марки.

Другой способ - снижение водоцементного отношения (В/Ц), что не только повышает конечную прочность бетона, но и ускоряет её нарастание.

Эффективное средство ускорения твердения бетона - это применение добавок ускорителей твердения, особенно хлористого кальция, который не только ускоряет процесс твердения бетона в ранние сроки, но и повышает его 28- дневную прочность.

Следующий путь ускорения твердения бетона - домол цемента в построечных условиях или на заводе сборных железобетонных изделий.

Эффективным способом ускорения твердения бетона является тепловлажностная обработка - пропаривание их в специальных камерах при нормальном атмосферном давлении, запаривание в автоклавах в среде насыщенного водяного пара повышенного давления и электропрогрева.

Пуццолановый портландцемент твердеет медленнее, чем портландцемент, на базе которого он изготовлен, но при благоприятных условиях со временем может даже перегнать его по прочности.

Примерно аналогичные явления происходят при твердении шлакопортландцемента. Выделяющийся при гидролизе минералов - силикатов Са(ОН)2, образуя насыщенный раствор, действует как щелочной возбудитель алюминатной и силикатной части шлака и вызывает их гидратацию.

На процессы твердения бесклинкерных шлаковых вяжущих, в частности гипсошлакового цемента, большое влияние оказывает сульфатный возбудитель (гипс).

Бетоны на гипсошлаковых цементах наиболее интенсивно твердеют при 20 30°С, а при темпе-ратуре выше 40°С прочность бетона резко падает. Это объясняют разложением сульфоалюминатов кальция, не выдерживающих высоких температур.