|
|
|
Свойства цементного камня. До сих пор мы рассматривали основы гидратации и некоторые специальные свойства продуктов гидратации отдельных клинкерных минералов. Теперь предстоит обсудить вопрос об изменении свойств цементного камня, образующегося в результате накопления продуктов гидратации клинкерных минералов. Рассмотрим важнейшие: прочность, водонепроницаемость, морозостойкость, устойчивость, против действия химически вредных веществ, усадку и ползучесть, тепловыделение. Существует однозначная связь между концентрацией гелевидных составляющих и прочностью цементного камня. Эта связь настолько сильна, что даже при различных значениях ВЩ в цементном клее она не нарушается ( 25). Необходимо, однако, учитывать, что цементный клей с большими значениями В/Ц, т. е. с более высоким содержанием воды, исчерпывает свою гидратацион-ную способность при меньшей концентрации гелевых составляющих, чем цементный клей с малым В/Ц. Обратите внимание на то, что на горизонтальной оси отложена концентрация гелевых составляющих, а не время, как на 26, в основе которого лежат значения, взятые из 2 Здесь одинаковая концентрация гелевых составляющих и, следовательно, одинаковая прочность, которая из-за различных значений В/Ц наблюдается в различное время (представлена пунктиром). Степень влияния тонких слоев на прочность сцепления может быть определена по трудности отделения друг от друга двух сложенных влажных стеклянных пластин. И в цементном геле пленки воды на поверхности гелевых частичек играют аналогичную роль, причем благодаря огромной удельной поверхности гелевых частиц (200—300 м2/г, а песок имеет поверхность 20—30 см/г) цементный камень достигает прочности 100 МПа и выше. Помимо действия водных пленок другие поверхностные силы также участвуют в создании прочности. Не последнюю роль играет и сцепление гелевых частиц друг с другом. 2 Зависимость предела прочности при сжатии цементного камня от концентрации гелевидных составляющих Возникает вопрос, каким образом все же достигается такая высокая прочность ( 25, 26, 46) при В/Ц 2 Зависимость предела прочности при сжатии цементного камня и концентрации гелевидных составляющих (К\, /Сг, Кз) от времени твердения 2 Нарастание прочности при различных марках цемента Наивысшая возможная концентрация гелевых составляющих соответствует значению, которое достигается при полной гидратации цементного камня с ВЩ— = 0, И при меньших ВЩ максимально достижима только эта концентрация гелевых составляющих. При этом видно, что значения ВЩ Действие этих двух факторов легче всего представить на модели концентрации гелевидной составляющей: тонкомолотый цемент со своей намного большей реакционной поверхностью и высоким содержанием высококачественного C3S ( 22) должен давать более быстрое нарастание концентрации гелевидных новообразований, чем цемент с более грубым зерном и малым содержанием C3S. Так происходит представленное на 27 нарастание прочности цементов различных прочностных классов. В связи с этим возвратимся еще раз к 22, из которого видно, что минералы C3S и C2S обеспечивают различное нарастание прочности, но что приблизительно через год они имеют одинаковую прочность. Это подтверждается и 27: через 28 сут твердения прочность образцов резко различается, через год эта разница уменьшается наполовину, а в дальнейшем — еще больше. Шлакопорт-ландцементы (обозначение ZZ см. разд. 2.1) по тонине помола и скорости взаимодействия нельзя непосредственно сравнивать с портландцементом, так как из-за присутствия шлака они реагируют медленнее. Последующее твердение этих цементов весьма эффективно. Известны результаты длительных испытаний, которые свидетельствуют о том, что шлакопорт-ландцемент низкого класса прочности после трех лет имел существенно более высокую прочность, чем портландцемент высокого класса прочности. Существуют цементы с различной прочностью, которая достигается в зависимости от различного количества клинкерных минералов и их характеристик, тонины помола. Цементы высоких классов прочности получают обычно при высоком содержании C3S (и соответственно малом содержании C2S) в клинкере и очень тонком помоле. Часто из одного и того же клинкера получают цементы различных классов прочности только из-за того, что их по-разному измельчают. Еще один фактор влияет на скорость роста концентрации гелевидных составляющих — температура. При этом не имеет значения, произошло ли повышение температуры за счет поступления тепла- извне или за счет собственного тепловыделения при гидратации. При температурах ниже 5° С гидратация практически не происходит. С повышением температуры она протекает быстрее, и это обстоятельство используют на заводах по изготовлению бетона. Бетонную смесь нагревают различными методами, чаще всего паром. За счет ускоренного твердения бетона производительность увеличивается. Однако важно следить, чтобы при высоких температурах вода не удалялась из бетона, так как иначе гидратация прекращается. Напротив, низкие температуры замедляют твердение, что удлиняет сроки распалубки в зимний период строительства. В этом случае целесообразно использовать добавки, ускоряющие твердение (см. разд. 2.4). Влияние температуры на твердение бетона на портландцементе видно из 2 Следующими выводами можно завершить этот важный раздел. 2 Влияние температуры на скорость твердения бетона, приготовленного на портландцементе В цементных клеях с различным водосодержанием концентрация ге-леобразных составляющих нарастает с неодинаковой скоростью (более высокое значение В/Ц замедляет скорость). Прочность цементного камня зависит от концентрации гелевидных составляющих. ф Максимально возможная концентрация гелевидных составляющих наблюдается у полностью гидратиро-ванного цементного камня с В/Ц— =94 При одинаковой длительности твердения достигается более высокая концентрация гелевых новообразований и тем самым большая прочность при меньших В/Ц. Водонепроницаемость, морозостойкость и морозосолестойкость (сопротивляемость действию противогололедных реагентов). Эти свойства цементного камня определяются плотностью бетона, от которого зависит его водонепроницаемость и малая степень насыщения водой. И здесь концентрация гелевых новообразований дает ключ к пониманию стойкости бетона, но еще больше открывает возможность к пониманию зависимостей для пор, представленных соответственно на 2 Размеры гелевых пор очень незначительны. Поэтому находящаяся в них вода оказывается под большим влиянием поля сил, действующих на поверхности стенок этих пор. Отсюда следует, что вряд ли вода может через них протекать. При обычных температурах замораживания вода в порах также не может замерзать, так как точка ее замерзания зависит от давления пор. Поэтому играют роль только капиллярные поры, которые, правда, достаточно велики, чтобы принимать и пропускать воду. Из 21 следует, что капиллярные поры при завершенной гидратации образуются только при Я/Д0, Таким образом, чисто теоретически можно заключить, что всякий цементный камень водонепроницаем и морозостоек, если он образовался из цементного клея со значением В/Ц^: s^0, Проведенные опыты, однако, показали, что эти свойства наблюдаются и при более высоком В/Ц; таким образом, ограниченное количество капиллярных пор еще безвредно. При значениях Б/Д- При В/Ц0,4 в случае полной гидратации (цемент использован полностью) прочность, которая может быть достигнута, будет тем ниже, чем выше значение В/Ц Путем повышения температуры твердение цементного камня может быть сильно ускорено, низкие температуры замедляют твердение. Более строгие требования к В/Ц предъявляют морозостойкость и морозосолестойкость — сопротивляемость противоморозным химическим реагентам (обычно неорганическим солям). 29 показывает, как противогололедные реагенты способствуют разрушению бетона при замораживании. При воздействии мороза, Водонепроницаемость бетонного изделия в зависимости от его толщины наблюдается уже при В/Ц — = 0,60—0,7 При использовании уплотняющих веществ в отдельных случаях возможны и более высокие значения водоцементного отношения. Слева показан бетон, подвергавшийся около 10 лет кроме мороза действию реагентов. Справа на рисунке показан бетон достаточно морозостойкий, не подвергавшийся действию таких реагентов без одновременного использования противогололедных реагентов, цементный камень без искусственных воздушных пор при В/Ц=0,50 достаточно устойчив. Если использованы воздухововлекающне добавки, допустимо значение В/Ц=0,6. Сопротивляемость химически вредным веществам. Вещества, оказывающие любое действие на бетон, попадают в поровую систему цементного камня главным образом в растворенном виде с водой — с агрессивными грунтовыми и поверхностными водами или с выпадающими осадками. Структура цементного камня может разрушаться вследствие увеличения объема продуктов взаимодействия, выщелачивания твердых составляющих или возникновения гелеобразных не связанных друг с другом продуктов. Суммируя сказанное, следует отметить, что Более низкие значения В/Ц необходимы, если на замерзшие бетонные поверхности нанесены противогололедные реагенты (например хлористый магний). Они хотя и вызывают таяние льда на поверхности бетона, но при этом отнимают необходимое для этого тепло от бетона, который в нижележащих слоях, куда соль не поступает, замерзает еще сильнее («морозный шок»). По этой причине (см. 29) в строительстве бетонных дорог приходится назначать В/Ц = 0,42 (без воздухововлекающих добавок) или 5/Я=0,45 (с воздухо-вовлекающими добавками). Этот вопрос в настоящей работе мы не можем рассмотреть очень подробно. Как уже указывалось в предыдущем разделе, в данном случае одним из основных условий возникновения коррозии является то, что агрессивная жидкая среда проникает в цементный камень до того, как она начнет свое разрушающее действие. Наиболее частая причина разрушений— действие сульфатов. Взаи-х модействие последних с С3А цемента уже рассматривалось в разд. 3. Помимо этого, вредное действие оказывает большое количество кислот и солей, особенно агрессивная углекислота (СОг), ионы магния и алюминия. Вторым условием может быть меньшее содержание в цементном камне веществ, с которыми реагирует агрессивная жидкая среда. Поэтому, например, при сульфатной коррозии выбирают цемент, содержащий по возможности минимальное количество С3А. С увеличением плотности цементного камня уменьшается проникание агрессивнои среды. Водонепроницаемость и морозостойкость бетона снижаются с повышена: ем ВЩ, поэтому необходимо учитывать верхние пределы В/Ц. Значение В/Ц, при котором обеспечивается стойкость цементного камня к агрессии, зависит от концентрации агрессивных веществ (степень агрессивности воды) и колеблется максимально между 0,45 и 0,65 (см. с. 76). Усадка и ползучесть. Под усадкой понимают изменение объема, вызванное высыханием, а под ползучестью — изменение формы цементного камня, вызванное внешними силами. Цементный камень сопротивляется химически агрессивной о/сидкой среде тогда, когда он обладает достаточной плотностью вследствие низкого значения В/Ц и содержит минимальное количество того соединения, с которым реагирует агрессивное вещество. Усадка. 30 возвращает вас на урок физики в среднюю школу. В сосуде с водой стоят открытые снизу трубочки различного диаметра. Вода в них поднимается на разную высоту. Для рассматриваемого случая важно подчеркнуть, что здесь действует сила, поддерживающая воду в таком положении. Ее называют капиллярной силой. Она тем больше, чем тоньше капилляры. Этот пример, хотя и в сильно искаженном виде, можно отнести к цементному камню. В результате сухого хранения цементного камня вода уходит из пор, и сила, которая задерживала воду, теперь действует в обратном направлении, — она создает в цементном камне ., напряжение, вызывающее уменьшение объема. И эти свойства цементного камня объясняются его строением. Наблюдаемое внутреннее напряжение тем больше, чем меньше поры, из которых ушла вода. Но поскольку при малых порах, т. е. большой концентрации гелевидных составляющих, наблюдается высокая прочность цементного камня, то сопротивление изменению формы будет также велико. Следовательно, не обязательно будет наблюдаться большая усадка. Таким образом, мы видим, что взаимоотношения весьма сложны. На 31 сделана попытка представить эту связь наглядно. Гелевые частицы, изображенные в виде шаров, в насыщенном водой состоянии окружены прочно удерживающейся водной оболочкой. Первоначально удаляется вода, находящаяся в пустотах, и только позже — вода оболочек. Для практических целей в строительстве мы измеряем усадку по степени изменения длины (укорочение призмы). Высыхание сравнительно большого количества воды пустот в цементном камне с различным В/Ц первоначально не вызывает существенного различия в усадке. Окруженные водной оболочкой гелевые составляющие несколько сближаются, но, в сущности, остаются в том же положении. Поэтому после 2 сут твердения размер усадки при различных значениях В/Ц, несмотря на сильно различающуюся потерю воды, все же почти одинаков. Только после высыхания водных пленок наступает при высоких В/Ц более сильная усадка, так как менее плотно расположенные гелевые частички могут сильно уплотняться, что при низком В/Ц из-за исходной высокой плотности уже невозможно. Поэтому при более длительном хранении цементного камня с более высоким В/Ц обнаруживается значи тельная усадка. 3 Схематическое изображение усадки -минеральный состав цемента (высокое содержание C3S приводит к малой усадке, а высокое содержание С3А к более сильной): тонина помола цемента (тонкомолотый цемент даст более сильную усадку, чем грубомолотый); карбонатизация, (превращение Са(ОН)г цементного камня в результате соединения с СС2 воздуха в СаСОз); внешние климатические воздействия (чем суше и теплее климат, тем больше усадка). Это схематическое объяснение подтверждается результатами измерения усадки у цементного камня с различным В/Ц на 3 На усадку, кроме того, влияют: Важно знать, что усадка может снизиться при попадании влаги в цементный камень. Первоначальный объем цементного камня, однако, при этом набухании не достигается. Размеры усадки выражают как относительное изменение длины в мм/м или в . Максимальное значение ее для цементного камня равно примерно 4 мм/м или 0,4. Ползучесть. Намного легче объясняется ползучесть цементного камня, так как здесь существует однозначная связь. Соответственно цементный камень деформируется тем меньше, чем выше концентрация гелевых новообразований, т. е. чем он прочнее. Естественно, мера ползучести зависит и от прилагаемого извне усилия. При этом играют роль те же факторы, с которыми мы встречались при рассмотрении прочности цементного камня. 3 Усадка цементного камня в зависимости от потери воды и возраста при В/Ц, равном 0,26; 0,45; 0,55; 0,65 Тепловыделение твердеющего цементного камня. Известно, что в результате гидратации выделяется тепло, количество которого зависит от характеристики минералов клинкера. Вследствие этого неизбежного явления твердеющий цемент и изготовленный из него бетон нагреваются. Повышение температуры тем значительнее, чем крупнее бетонное изделие. В этом может убедиться каждый строитель при распалубке массивных фундаментных блоков. Тепловыделение может быть желательным, когда бетонирование ведется при низких температурах (зимнее строительство). Большей же частью оно нежелательно, так как вызывает в твердеющем бетоне температурные напряжения, ведущие к разрывам. В зависимости от области применения можно в определенных границах регулировать тепловыделение направленным подбором минерального состава клинкера. Для предупреждения разрывов на стройке обычно принимают специальные конструктивные и технологические решения, на которых в данной книге мы не имеем возможности останавливаться. Усадка и ползучесть зависят от множества факторов, например от вида цемента, значения ВЩ, климата и действующих сил, влияние которых может быть противоположным. Поскольку здесь мы касаемся специальных проблем, то неясные практические вопросы следует разрешать экспериментально в лабораторных условиях.  Технология производства сборных железобетонных изделий. Технология работ при подъеме этажей. Технология слоистых изделий с использованием асбестоцементных материалов. Телеграфные агенства сообщают .... Теоретические основы метода биофильтрации. Теории изгиба балок и плит на упругом основании и условия их применимости к расчету гибких фундаментов. Тепловая обработка бетонных и железобетонных изделий. Основные правила приема и хранения цемента и заполнителей на складах. Термообработка фундаментов.Домой - Конструкции Вывоз мусора: www.lugr.ru, кузовные запчасти для иномарок |
