Новости, обновления на сайте
26 июня 2019
07 декабря 2018
06 апреля 2018
Заполнители вместе с цементным камнем формируют структуру бетона конгломератного типа. Термин «конгломерат» (от лат. сопд1отега1:из) означает механическое объединение разнородных компонентов. Конгломератом называют также обломочную породу, которая состоит из обломков горного происхождения, сцементированных глиной, оксидом железа, кремнеземом и т.п.
Заполнители влияют на структуру бетона, развиваемую как на микро-, так и на макроуровнях.
Микроструктура бетона формируется структурой цементного камня. Поверхность зерен заполнителя при схватывании и последующем твердении цементного камня выполняет роль подложки, облегчающей образование кристаллических зародышей гидратов. Интенсивность этого процесса зависит от степени гидрофильности и адсорбционной способности поверхности- подложки, а также ее кристаллографической ориентировки. На поверхности заполнителя, химически не реагирующего с щелочными растворами, быстро выделяются кристаллические зародыши, представленные преимущественно гидросиликатами кальция, и в последующем их размеры увеличиваются быстрее, чем у кристаллов гидросиликатов в межзерновом пространстве. Это приводит к увеличению плотности контактного слоя цементного камня, и он приобретает большую прочность при сжатии. Уменьшение межзерновых расстояний в растворах и бетонах на кварцевом песке до 30 мкм позволяет в 1,5-2 раза увеличить прочность цементного камня, связывающего зерна заполнителя. Кварцевый заполнитель химически взаимодействует с продуктами гидратации портландцемента только при твердении в автоклаве (175-19СГС). При этом существенно уплотняется и упрочняется цементный камень как в контактном слое, так и в межзерновом пространстве.
С компонентами цементного камня химически взаимодействуют карбонатные минералы. Карбонатные минералы активно реагируют с трехкальциевым алюминатом (С3А) и продуктами его гидратации с образованием гидрокарбо-алюминатных фаз (ЗСаО*А12О3*СаСО3*12Н2О и др.). Наиболее интенсивно гидро-карбоалюминаты кальция образуются при нормальном твердении портландцементных бетонов в сроки 3-14 сут от начала твердения. При твердении бетона в условиях пропаривания гидрокар-боалюминаты образуются только в начальные сроки (2-4 ч изотермического прогрева при 80-9СГС). В последующем они разрушаются. В бетонах автоклавного твердения гидро-карбоалюминаты не образуются.
Активность заполнителей из вулканических горных пород (базальтов, перлитов, туфов и др.) возрастает(по Б.Н. Виноградову) при увеличении содержания стекла, цеолитов, высокотемпературных модификаций кремнезема, количества воды и отношения SiO2/А12О3 в стеклофазе.
К числу химически активных можно отнести заполнители из стекловидных отходов - разнообразных шлаков и зол. Исследования показали, что микротвердость цементного камня при 20°С в межзерновом пространстве на 10-15% ниже чем в контактном слое, примыкающем к зернам гранулированного доменного шлака. При пропаривании относительное увеличение микротвердости достигает 30-40%. Более активны высококальциевые стекла, содержащиеся в гранулированных доменных и электротермофосфорных шлаках, менее - низкокальциевые, содержащиеся в пылевидной золе. В условиях нормального твердения стеклофаза золы начинает взаимодействовать с Са(ОН)2 через 1-3 мес, при пропаривании заметная гидратация поверхности частиц золы наблюдается уже через 6-8 ч. Уплотнение и повышение прочности контактной зоны в бетонах характерно при применении пористых заполнителей. Пористая поверхность заполнителя обеспечивает отбор из цементного теста излишка воды, и твердение его происходит при пониженном значении В/Ц по сравнению с цементным камнем в межзерновом пространстве. При использовании в качестве пористых заполнителей керамзита и аглопорита входящие в их состав аморфизованное глинистое вещество и алюмосиликатное стекло взаимодействуют особенно в условиях водотепловой обработки с Са(ОН)2, образуя преимущественно гидросиликаты.
Бетоны являются сложными многокомпонентными структурами, которые можно свести на макроуровне к двухкомпонентным. Макроструктуру бетона в общем случае можно рассматривать как систему цементный камень - заполнитель (иногда под макроструктурой бетона понимают систему цементно-песчаный раствор -щебень), а систему цементный камень - песок рассматривают как промежуточную или мезоструктуру. Двухкомпонентные структуры разделяют на параллельно и последовательно составленные. Наиболее часто встречаются смешанные параллельно-последовательные структуры.
Конгломератные двухкомпонентные структуры, к которым можно отнести структуры бетонов, разделяют натри группы (по И.М. Грушко) в зависимости от степени раздвижки зерен заполнителя. Для структур материалов с базальной цементацией зерна заполнителей не образуют контакты между собой, они как бы плавают в связующей массе. Свойства материала при такой макроструктуре обусловлены преимущественно свойствами связующей матричной части. Заполнители, действуя как концентраторы напряжений, могут ухудшать механические свойства конгломерата.
По мере насыщения структуры зернами заполнителя образуется плотный каркас, склеенный тонкой прослойкой искусственного или природного вяжущего. Такую структуру называют поровой. Она благоприятна как с точки зрения расхода вяжущего, так и придания материалам необходимых технических свойств.
Контактная структура характеризуется максимальным насыщением бетона заполнителями, когда вяжущего недостаточно для заполнения пустот между зернами и, в ряде случаев, для образования сплошной оболочки на их поверхности.
Важным элементом структуры бетона является контактная зона между цементным камнем и заполнителем. Создание контактных слоев начинается уже на начальной стадии твердения бетонной смеси.
Взаимодействие цементного камня с заполнителями может быть механическим, физико-химическим, химическим и смешанным. Механическое сцепление обусловлено наличием на поверхности зерен заполнителя микрорельефа, физико-химическое - адгезионными свойствами заполнителя, химическое - его химической активностью по отношению к продуктамгидратации цемента. Уже на стадии затворения бетонных смесей начинается формирование контактных слоев между цементным камнем и заполнителями. Для плотного примыкания цементного теста к поверхности заполнителя необходимо, чтобы эта поверхность была чистой и гидрофильной. Частичное, «точечное» примыкание цементного камня к поверхности заполнителей приводит к уменьшению адгезии.
Оптимальная толщина промежутков между зернами мелкого заполнителя, обеспечивающая сплошность контакта, составляет 40-100 мкм. Ослабление контактной зоны наблюдается при размещении в ней сравнительно крупных кристаллов Са(ОН)2, а также глины и пыли.
При повышенных значениях В/Ц за счет водоотделения при виброуплотнении, седиментации теста и последующей контракции вокруг зерен крупного заполнителя образуются пустоты и ослабленные зоны.
С увеличением шероховатости поверхности заполнителя прочность бетона средних классов возрастает до 30%, а высоких -до 50%. Адгезия повышается при наличии химического срастания, имеющего место в контактах карбонатных заполнителей с цементным камнем, а также кварцевых заполнителей при автоклавной обработке.
Прочность на отрыв в зоне контакта цементный камень -заполнитель является существенной составляющей прочности бетона.
По данным С.С. Гордона, она может быть не менее чем в 2 раза выше доли, определяемой прочностью цементного камня.
Поры, характерные для бетона, можно разделить на три вида: поры цементного камня, поры заполнителя и контактные поры на поверхности раздела цементного камня и заполнителя.
Отличительная особенность бетона - ярко выраженная гетерогенность. Для бетона, как и других композиционных материалов, представляющих собой системы типа «структура в структуре», характерна многоуровневая организация.
По схеме, предложенной В.И. Соломатовым и В.Н. Выровым, структурообразование бетона сопровождается образованием отдельных структурных блоков различного масштабного уровня, разделенных и взаимодействующих через поверхности раздела. Появившиеся поверхности раздела сохраняют за собой потенциальную возможность трансформироваться в зародышевые трещины и входить в структуру затвердевшего материала, определяя его поврежденность технологическими трещинами. Причинами образования технологических трещин являются процессы и явления, протекающие при формировании цементного камня, взаимодействии матричного материала и заполнителей, деформационные процессы. На макроуровне границы раздела матрицы и заполнителя образуют внутри структуры бетона своеобразные «усадочные ячейки». Объем и форма «усадочных ячеек» зависят от соотношения когезионной и адгезионной прочности матицы, фракций заполнителя и их количества в смеси. Нелинейное распределение деформаций усадки является одной из основных причин образования технологических трещин.
При анализе механизма формирования макроструктуры бетона можно выделить три характерных случая взаимодействия растворной составляющей с крупными заполнителями.
1. Адгезия растворной части к заполнителю Rа выше ее когезионной прочности Rк(Rа> Rк). Такой случай возможен при специальной обработке заполнителей. В матричном материале (растворе) возникают радиальные трещины, которые, объединяясь, разделяют бетон на отдельные блоки и при воздействии внешней нагрузки трудно реализовать улучшенные механические характеристики заполнителей.
2. Адгезионная и когезионная прочность равны (Rа= Rк). В этом случае зарождение трещин происходит как в периферийных участках растворной части, так и на границах раздела с заполнителями.
3. Адгезия растворной части к заполнителю ниже ее когезионной прочности (Rа< Rк). Такая ситуация возможна в бетоне, поскольку в начальный период твердения деформации усадки стремятся вызвать увеличение поверхности раздела матричного материала с заполнителями.
В зависимости от объемного содержания заполнителей, способов его укладки и кинетики структурообразования матричного материала опасные зоны зарождения трещин способны мигрировать по границе раздела с заполнителями.
Количество и вид технологических трещин оказывают влияние на Физико-механические характеристики материала, кинетику накопления и развития эксплуатационных трещин, несущую способность и характер разрушения конструкций. Самозалечивание технологических трещин возможно при зарастании их объемов продуктами гидратации или в результате воздействия среды, например при карбонизации.
Количество технологических трещин уменьшается при введении различных модификаторов структуры, оптимизации технологических процессов.
Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин
- В нашей фирме на бетон в Домодедово цена складывается по окончании торгов между допропорядочными БСУ Домодедовского р-на и окрестностей.
- Детальные подробности про бетон в 7,5 (стоимость, свойства, круг применения и местонахождение производств).
- В тендерной системе «М350» стоимость складывается по итогу конкуренции между качественными заводами бетона в троицке и окрестных населенных пунктов.
