Материал: Поризованный бетон. структура и строительные-технические свойства. Славчева Г.С

Таблица 10

Характеристика факторного пространства экспериментальных исследований цементного поризованного бетона

квалифицированы как наиболее отличающиеся по интенсивности влагооб-

мена со средой. Состав и структура, условия изготовления принятых для исследований видов поризованного бетона соответствуют представленным в разд. 2.2 характеристикам соответствующих его серий (см. табл. 8, 9).

Для изучения закономерностей изменения прочностных характеристик исследуемых систем в различном температурно-влажностном состоянии серии из шести сухих и шести водонасыщенных образцов цементного микро-

бетона (размером 40 40 160 мм), цементного бетона на мелком заполнителе

(размером 40 40 160 мм) и цементного бетона на крупном заполнителе

(размером 70 70 280 мм), цементного поризованного бетона (размером

40 40 160 мм) и силикатного ячеистого бетона (размером 40 40 160 мм)

выдерживались при t = -60; -40; -20; 0; 20; 40; 60 ºС. После стабилизации температурного состоянии в указанных условиях испытание на прочность при изгибе и сжатии образцов микробетона и мелкозернистого бетона производилось по ГОСТ 310.4-81, образцов цементного бетона на крупном заполнителе, цементного и силикатного ячеистых бетонов - по ГОСТ 10180 – 90.

Установлено, что более высокой водостойкостью, оцененной по коэффициенту размягчения Кр = Rw/Rс, характеризуются материалы, которые бы-

ли оценены как наименее активные по отношению к водяному пару и воде при реализации всей совокупности процессов взаимодействия с ними и соот-

ветственно во всем диапазоне изменения их влагосодержания.

По результатам оценки гигрометрических характеристик мелкозерни-

стый поризованный бетон на кварцевом песке естественной гранулометрии

46

по сравнению с микрозернистыми бетонами характеризовался самыми низ-

кими их значениями. Наиболее активными по отношению к воде оказались образцы поризованного бетона на основе пыли-уноса; промежуточными ха-

рактеристиками обладает бетон на молотом песке.

Соответственно более высокой водостойкостью, оцененной по коэф-

фициенту размягчения Кр = Rw/Rс в гигроскопическом и водонасыщенном состоянии, характеризуется мелкозернистый бетон, нежели микрозернистый

(табл. 11). При этом наиболее низкие показатели коэффициента размягчения характерны для микрозернистого поризованного бетона на карбонаткальце-

вой пыли-уносе.

Таблица 11 Связь водостойкости, оцениваемой по величине коэффициента размягчения, с гигрометрическими характеристиками цементного поризованного бетона

средней плотности 800 кг/м3

Рассмотренные закономерности реализации для поризованных бетонов эффекта Ребиндера могут иметь свои отличительные особенности при дополнительном действии температурного фактора. В области положительных температур, когда вода, содержащаяся в порах материала, находится в жидком агрегатном состоянии, мера снижения прочности будет зависеть от сте-

пени нагревания материала.

Действительно, при прочих равных условиях интенсификация процес-

сов разрушения при повышении температуры жидкой фазы обусловлена снижением ее вязкости, облегчением условий смачивания, это способствует быстрому проникновению жидкости к поверхности разрушения именно в момент ее образования.

47

При отрицательных температурах, когда вода начинает замерзать и происходит процесс льдообразования, в работу сопротивления помимо собственного материала включается и образовавшийся лед. В процессе разру-

шения трещина, движущаяся в материале, наталкивается на вязкоупругопластичные частички льда, соответственно удлиняется путь движения трещины.

В результате в структуре начинает действовать фактор упрочнения материала за счет торможения развития трещин вязко-пластичными включениями,

требующими дополнительных затрат энергии на преодоление границ раздела, на отрыв криофазы от твердой фазы, на деформирование криофазы и др.

Вследствие этого возрастают значения показателей сопротивления разрушению строительных композитов.

Для материала в сухом состоянии, в соответствии с термофлуктуационной концепцией механического поведения твердых тел, закономерности про-

цессов их разрушения зависят от активации термофлуктуационных актов разрыва межатомных связей при повышении температуры. В исследованном диа-

пазоне температур изменение энергии активации данного процесса для связей Ме-О и Si-O считается 48-49 незначительным. В наших экспериментах изме-

нение прочности цементного микробетона и бетона в сухом состоянии не превышает 10 % во всем температурном диапазоне от -60 0С до +60 0С.

Влияние на прочностные характеристики температуры оказывается принципиально значимым для материала во влажном состоянии. Именно из-

менения фазового состояния и особенностей взаимодействия воды со структурой в зависимости от температуры определяют механизмы и закономерно-

сти процессов разрушения. Возможность и реальность упрочнения при льдообразовании доказывается экспериментально полученными нами данными,

из которых следует, что такое упрочнение может быть многократным. Степень упрочнения при льдообразовании зависит от параметров соста-

ва и структуры материала, которые определяют температуру замерзания воды в нем. Определяющим при этом является фактор температуры перехода жидкой фазы в криофазу (температуры замерзания воды в материале), которая зависит от силы связи воды со структурой материала, предопределяемой адсорбционной активностью поверхности твердой фазы (характеризуется теплотой смачивания qтв.ф), сродством жидкой фазы к твердой фазе (характе-

ризуется краевым углом смачивания ), распределением объема порового пространства по радиусу пор drпор/dVпор (характеризуется средним эквивалентным радиусом пор rэ). В зависимости от структуры материала значение

48

температуры замерзания воды в нем может находиться в интервале

0 0С - 70 0С (см. табл. 7).

С появлением льда в замораживаемом увлажненном макропористом ма-

териале фактически происходит формирование «нового» композита с импрегнированной (наполненной) льдом структурой. В поровом пространстве,

которое занимает значительную долю объема макропористые бетонов, жидкая фаза, превращаясь в криофазу, становится источником образования ново-

го импрегнирующего структурного элемента с присущими ему свойствами упруговязкопластичности, адгезивности со стенками пор. Вследствие этого,

для поризованного бетона прочность при сжатии (рис. 10) при t = -40 0С намного выше значений при t = +20 0С. При этом эффект упрочнения усилива-

ется при снижении средней плотности бетона, так как при этом происходит увеличение радиуса пор и соответствующее повышение доли свободной во-

ды в структуре. Так для водонасыщенного цементного поризованного бетона ρ = 800-1000 кг/м3 прочность при сжатии в замороженном состоянии возрас-

тает в 3 - 4 раза по сравнению с ее значениями при t = +20 0С, а для бетона ρ = 1400-1600 кг/м3 – в 1,5 - 2 раза. Одновременно для разновидностей пори-

зованного бетона со средним эквивалентным радиусом пор rэ = 300-400 мкм (для бетона на пыли уноса ρ = 800 кг/м3 и на немолотом песке ρ = 1400 кг/м3)

повышение прочности водонасыщенных образцов по сравнению с сухими наблюдается уже при t = 0 0С, а для разновидностей данного материала с rэ = 100-200 мкм (для бетона на пыли уноса ρ = 1000 кг/м3 и на немолотом песке ρ = 1600 кг/м3) – только при t = -20 0С.

Таким образом, изменение прочностных характеристик цементного поризованного бетона в различном температурно-влажностном состоянии определяется энергией взаимодействия их структуры с водой. Наиболее сильное снижение прочности увлажненного материала в диапазоне положительных температур и,

напротив, наименьший эффект повышения прочности при замораживании характерен для поризованных бетонов с максимальной энергией взаимодействия струк-

туры с водой, которая возрастает при повышении удельной поверхности и поверхностной энергии твердой фазы и уменьшении среднего эффективного радиу-

са пор. В практическом отношении с целью снижения энергии взаимодействия структуры с водой для материалов заданной средней плотности (пористости) эф-

фективным приемом может считаться введение инертных по отношению к воде наполнителейпониженнойдисперсности, а также регулирование В/Т-отношения.

49

Рис. 10. Изменение прочности при сжатии при замораживании50 цементного поризованного бетона на пыли-уносе (а) и на немолотом кварцевом песке (б) в водонасыщенном и высушенном до постоянной массы состоянии