Новости, обновления на сайте
26 июня 2019
07 декабря 2018
06 апреля 2018
Правило водоцементного отношения даже при учете иммобилизации части воды заполнителями и их пористости не может в достаточно полной мере отразить влияние заполнителей на прочность бетона. Заполнители, составляя основную массу бетона и формируя его структуру как композиционного материала, активно влияют на прочность бетона прежде всего через прочность сцепления (адгезию) цементного камня с их поверхностью.
Экспериментально установлено, что прочность цементно-песчаного раствора на кварцевом песке существенно ниже прочности цементного камня. Снижение прочности, связанное с введением песка, обусловлено различием деформативных свойств компонентов раствора. Модуль деформации раствора существенно выше, чем цементного камня. Он возрастает с увели-личением до определенного предела содержания песка. Раствор имеет большую, чем цементный камень, трещиноватость, вызываемую седиментационными явлениями и температурными изменениями. Применение дробленого песка позволяет добиться некоторого повышения прочности раствора.
Для плотного примыкания цементного теста к поверхности заполнителя необходимо, чтобы эта поверхность была гидрофильной, т.е. хорошо смачивалась водой и водными растворами. Лишь при этом условии возможно разрушение и удаление пленок пыли, глины, пузырьков воздуха, адсорбированных поверхностью заполнителя. На сплошность контакта цементного камня с поверхностью заполнителя существенно влияет водоцементное отношение.
При повышенных значениях В/Ц за счет водоотделения и седиментации цемента, а также последующей контракции воды под зернами крупного заполнителя образуются пустоты и ослабленные зоны.
На стадии уплотнения бетонной смеси должно быть достигнуто максимальное сближение зерен заполнителя. Оптимальная толщина промежутков между зернами мелкого заполнителя, обеспечивающая сплошность контакта составляет 40-100 мкм.
На стадии схватывания поверхность зерен заполнителя играет роль подложки, обеспечивающей образование кристаллических зародышей. Интенсивность зародышеобразования определяется степенью гидрофильности и адсорбционной способностью поверхности-подложки. Размеры зародышей кристаллов, представленных преимущественно гидросиликатами кальция, на поверхности заполнителя увеличиваются быстрее чем в межзерновом пространстве. Это приводит к увеличению плотности контактного слоя цементного камня. В опытах Э.Р. Пинуса максимальная микротвердость была установлена для цементного камня, непосредственно примыкающего к поверхности зерен кварцевого заполнителя, и ее значения достигали 2300 МПа. По мере удаления от поверхности кварцевой подложки микротвердость цементного камня снижалась до 400- 450 МПа.
Формирование контактного слоя изменяет свойства не только цементного камня, но и заполнителя. Однако в отличие от цементного камня микротвердость контактной зоны заполнителя может снижаться в результате адсорбционного понижения прочности в щелочной среде. Так, для кварцевого заполнителя снижение микротвердости контактной зоны достигает 17% по сравнению с центральной частью зерен, у менее активных минералов микротвердость контактной зоны не меняется.
Прямые определения прочности сцепления зерен заполнителя (кварца и других неактивных минералов) с цементным камнем дают результаты в пределах от 0,6 до 1,0 МПа. Сцепление цементного камня с зернами химически активных минералов и прежде всего СаСО3 позволяет увеличить прочность в 1,5-3 раза.
С.С. Гордон произвел испытание бетонов на щебне различных карьеров. Различия в прочности бетонов достигали 50%. Наибольшая прочность получена для бетона на щебне из доломитового известняка с прочностью при сжатии 125 МПа. Одинаковой оказалась прочность бетонов на граните с прочностью 160 МПа и на доломитовом известняке с прочностью 61,2 МПа. О повышенной адгезии цементного камня по отношению к карбонатным минералам и положительном ее влиянии на прочность 'етона свидетельствуют экспериментальные данные многих исследователей. Карбонат кальция активно реагирует с трехкальциевым алюминатом - одним из продуктов твердения цемента, образуя гидрокарбоалюминаты, имеются также данные об образовании при нормальном твердении основных карбонатов кальция.
Определенной химической активностью по отношению к компонентам цементного камня и прежде всего Са(ОН)2 обладает и ряд других минералов, входящих в заполнители.
Механическое сцепление обусловлено прониканием цементного камня в углубления поверхности заполнителя. При максимально развитом рельефе поверхности заполнителя прочность сцепления может увеличиваться примерно в 4 раза по сравнению со сцеплением цементного камня с зерном заполнителя в виде гладкого шара. Почти полное устранение сцепления между щебнем и цементным камнем, достигнутое покрытием поверхности щебня слоем асфальтового лака, снижало прочность бетона при сжатии в месячном возрасте в 2-2,5 раза.
Замена песка слюдой также снижает прочность растворов в несколько раз. С увеличением шероховатости поверхности заполнителя прочность бетона классов В15-В25 возрастает до 30%, а более высоких классов до 50%.
По данным НИИЖелезобетона, для бетонов высоких и средних марок примерно 40% общей прочности формируется за счет адгезионного сцепления растворного камня со щебнем; 20% - за счет механического сцепления, вызванного микрорельефом поверхности щебня. Для бетонов низких классов (прочность растворной части менее 20 МПа) более половины общей прочности дает сцепление. Рост сцепления достигается в первую очередь сближением цементных зерен с заполнителями, чему способствуют снижение В/Ц, степени водоотделения и неравномерного оседания бетонной смеси. Почти полное сцепление с растворным камнем достигается при использовании пористых легких заполнителей.
К числу радикальных мероприятий, способствующих улучшению сцепления, относятся использование хорошо перемешанных и уплотненных жестких и особо жестких смесей, отличающихся практически полном отсутствием водоотделения.
Величина прочности сцепления существенно полным уменьшается с увеличением размеров заполнителя, что можно объяснить увеличением влияния усадки, а также процессами водоотделения и контракции в бетонной смеси.
Механическую адгезию характеризуют сопротивлением срезу участков цементного камня, заполняющих впадины поверхности заполнителя, и сопротивлением срезу выступов заполнителя в цементном камне. Преимущественно срез цементного камня (раствора) наблюдается для бетонов низких классов, оба вида среза имеют место при разрушении высокопрочных бетонов. Для легких бетонов на малопрочных пористых заполнителях характерен срез заполнителя.
Адсорбция дроблеными заполнителями паров влаги и углекислого газа из воздуха и насыщение некомпенсированных молекулярных сил приводит к «старению» их поверхности и служит определенным препятствием образованию надежных адгезионных контактов. В связи с этим эффективно создание на зернах заполнителя первичного контактного слоя структурированного связующего. С этой целью кварцевый песок можно обрабатывать известью в бегунах. Это повышает прочность бетона при изгибе до 25%. Совместный помол цемента и песка также способствует интенсификации процессов структурообразования в контактных зонах.
В НИИ Железобетоне были проведены опыты, в которых изменялась величина крупности заполнителя. Моделью его служили полированные стальные шары диаметром 5, 10 и 25 мм. В каждый из трех одинаковых составов бетона при В/Ц = 0,3 и водосо-держании 180 л/м3 было введено равное по массе количество стальных шаров. Прочность бетона в кубах с ребром 10 см составила соответственно 39,2; 35,2 и 27,6 МПа. Большинство экспериментальных данных показывают, что с позиций прочности бетона оптимальная предельная крупность заполнителей лежит в пределах 20-40 мм. С уменьшением крупности заполнителя увеличивается его сцепление с цементным камнем, однако возрастает относительная площадь разрушения, проходящая по цементному камню и контактной зоне.
Определенное отрицательное влияние повышения крупности заполнителей связано с седиментационными явлениями, ведущими к ослаблению бетона за счет образования водных прослоек под заполнителями.
При достаточном сцеплении с растворной составляющей увеличение содержания крупного заполнителя в бетонной смеси до определенного предела при неизменном В/Ц повышает прочность бетона.
Для бетона с контактной или поровой структурой при действии сжимающей нагрузки усилия концентрируются на более жестких элементах структуры, т.е. на зернах крупного заполнителя. Степень концентрации зависит от соотношения модулей упругости раствора и крупного заполнителя.
По мере уменьшения содержания крупного заполнителя и увеличения толщины прослоек раствора образуется базальная структура (структура с плавающим заполнителем) и уменьшается степень концентрации напряжений. Влияние крупного заполнителя на прочность для такой структуры становится практически неощутимым.
Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин
- Как несоблюдение качества бетонной продукции отражается на покупателях.
- Детальная информация о бетоне 350: цена за куб, распространенность, круг употребления и местонахождение производств
- Ознакомьтесь с памяткой заказчика бетона перед поставкой.
