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

Развитие структуры пористости в период от 14 до 90 суток твердения ха-

рактеризуется (по данным М.Ф. Казанского, Ю.В. Чеховского, А.Е. Шейкина

48 ) уменьшением объема микропор в 1,3 – 1,7 раза, а их радиуса – почти на порядок.

Развитие деформаций соответствует изменению влажностного состояния материала (см. рис. 11). При этом с уменьшением влажности среды возрастает скорость деформирования, а период их интенсивного развития и достижения максимума значений сокращается. Величина деформаций возрастает пропорционально уменьшению влажности среды твердения на 25... 30 %.

Основываясь на известных выводах о том, что контракционные изменения внешнего объема твердеющего цементного камня в основном развиваются до момента окончания схватывания, а также исходя из полученных данных о соответствии изменения влажностного состояния материала его деформирова-

нию, можно заключить, что деформации, связанные с физико-химическими процессами твердения, не совпадают во времени с влажностными. Поэтому с момента распалубки материала и начала его вещественного обмена со средой вклад контракционной составляющей деформаций в общую их совокупность можно не учитывать.

Установлено, что величина температурных деформаций в исследованном диапазоне от -40 °С до +70 °С независимо от состава и структуры исследуемых систем в 3 - 4 раза ниже величины влажностных деформаций.

Таким образом, изменение влажностного состояния материала является определяющим фактором его деформативных изменений, а влажностные де-

формации - главной их составляющей.

На фоне упрочнения материала при твердении развивается процесс его охрупчивания. Величина КIc, проходя через определенный максимум своего значения в 14...28 суток твердения, в последующем снижается. При дальней-

шем развитии процессов гидратации наблюдаемое снижение величины КIc (охрупчивание) вызывается совокупностью процессов "старения" гелевидной фа-

зы, укрупнения частиц новообразований, перехода эттрингита, обеспечивающего «самомикроармирование» структуры на начальном этапе твердения, в низко-

сульфатные гидросульфоалюминаты кальция с другой формой их кристаллизации. Нужно отметить, что введение микронаполнителя в структуру микробето-

на обеспечивает повышение показателя КIc особенно в длительные сроки твердения (см. рис. 11).

61

Сопоставление динамики , КIc, Rb позволяет сделать важный вывод о том

(см. рис. 11), что в наиболее "опасный" период твердения, когда деформации предельно интенсивны, а их величина приближается к максимальным значени-

ям, материал обладает в то же время наиболее высоким потенциалом сопротивления трещинообразованию.

Динамика влажностного состояния, деформирования, прочности, модуля упругости, вязкости разрушения мелкозернистого бетона плотной и поризован-

ной структуры в принятом диапазоне варьирования рецептурнотехнологических факторов и условий среды имеет общие с микробетоном зако-

номерности развития (рис. 13). Как и для микробетона, деформации влажностной усадки являются главной составляющей деформаций мелкозернистого плотного и поризованного бетона при действии факторов среды. Однако отличным является то, что введение пор воздухововлечения в структуру мел-

козернистого бетона приводит к ускорению его обезвоживания, вследствие чего увеличивается и скорость деформирования. В итоге развитие деформаций усад-

ки поризованного бетона практически прекращается уже к 14...20 суткам твердения.

Мера влияния влажностных условий твердения и получаемой степени обезвоживания материала в интервале значений р/р0 от 0,75 до 0,32 не зависит от объемного содержания заполнителя и пор воздухововлечения. При изменении р/р0 в данном интервале величина деформаций поризованного бетона, так же как и плотного, возрастает на 25... 30 %.

Динамика упрочнения твердеющего мелкозернистого бетона отличается от характера данного процесса для цементного микробетона отсутствием спадов прочности в возрасте 14...28 суток ( рис. 13).

Мелкозернистый бетон плотной и поризованной структуры характеризуется существенным приростом прочности в период 28...180 суток при тверде-

нии в средах с любым парциальным давлением водяного пара, тогда как прирост прочности микробетона при твердении его в среде с р/р0 = 0,32 после 28

суток практически прекращался. Важно отметить, что прирост прочности был выше в системах с наибольшим суммарным содержанием заполнителя и мик-

ронаполнителя. Высокий прирост прочности в длительные сроки твердения может положительно повлиять на потенциал сопротивления материала трещи-

нообразованию, так как это компенсирует процессы накопления повреждений от эксплуатационных воздействий.

62

Рис. 13. Типичная динамика деформирования, предела прочности, модуля упругости, вязкости разрушения плотного и поризованного бетона

(на примере бетона с В/Ц = 0,4; Ц:П = 1:2; твердение при р/р0 = 0,32)

63

Отличительной особенностью динамики Rb и ЕД твердеющего мелкозернисто-

го поризованного бетона является низкая скорость упрочнения на начальном этапе твердения и существенный прирост значений данных показателей в пери-

од от 28 до 180 суток твердения, обусловленные замедлением твердения цемента в присутствии воздухововлекающей добавки, особенно сильно выраженном именно на начальном этапе твердения.

Динамика показателя КIc мелкозернистого плотного и поризованного бе-

тона также сохраняет общие с микробетоном закономерности развития, когда на фоне упрочнения материала развивается процесс его охрупчивания (см. рис. 13). Вязкость разрушения бетона проходит через максимум своих значений в 14...28 суток твердения, а затем снижается. Введение заполнителя по сравне-

нию с микронаполнением эффективнее влияет на повышение вязкости разрушения материала: при введении микронаполнителя вязкость разрушения це-

ментного микробетона повышается в 1,5 раза, а при введении заполнителя - в 2,5 раза.

Таким образом, по результатам исследований закономерностей развития процессов структурообразования, твердения, изменения состояния и деформи-

рования поризованного бетона можно сделать следующие выводы.

1. Динамика влажностного состояния, деформирования, прочности, моду-

ля упругости, вязкости разрушения микробетона, мелкозернистого бетона плотной и поризованной структуры в принятом диапазоне варьирования рецеп-

турно-технологических факторов и условий среды имеет общие закономерности развития. В начальный период твердения, когда деформации предельно ин-

тенсивны, величина КТс проходит через максимум своих значений, то есть материал обладает наиболее высоким потенциалом сопротивления трещинообра-

зованию. При дальнейшем твердении на фоне упрочнения материала развивается процесс его охрупчивания.

2. Развитие деформирования материала оказывается результатом совокупности процессов, однако определяющая роль принадлежит процессу обез-

воживания. Деформации влажностной усадки являются главной составляющей деформаций при действии факторов среды. Объемные изменения в результате развития процессов гидратации в основном происходят до распалубки и не совпадают во времени с влажностными. Температурные деформации составляют

0,06...0,10 мм/м при изменении температуры на каждые 10 0С и могут явиться дополнительной причиной трещинообразования.

64

2.5.2 Влияние параметров структуры поризованных бетонов на величину влажностных деформаций

При разработке концепции управления деформативными свойствами исходили из следующего понимания проблемы деформирования материала:

1) деформирование материала является следствием изменения в нем баланса внутренних сил при развитии совокупности процессов изменения состоя-

ния материала, характер и интенсивность которых определяются технологическими факторами и факторами эксплуатационной среды;

2) управление технологической и эксплуатационной деформируемостью рассматривается как возможность изменения баланса внутренних сил в мате-

риале через регулирование параметров его состава и структуры и соответственно интенсивностью взаимодействия структуры материала со средой.

Проведенный анализ механизма деформирования поризованного бетона при твердении и работе в монолитных конструкциях является основой предло-

женной системы структурных и рецептурно-технологических факторов управления его деформативными характеристиками и трещиностойкостью (табл. 15).

На основе существующих представлений о механизме объемных изменений принимается, что величина деформаций определяется:

физико-химическими процессами формирования структуры и ее изменения в результате химического взаимодействия со средой;

балансом сил, участвующих в связи твердой фазы и пор с жидкой фазой и «высвобождающихся» при обезвоживании;

температурными напряжениями и напряжениями от воздействия механической нагрузки.

Общая величина объемных изменений материала определяется также силами упругого противодействия твердой фазы ее деформированию на фоне од-

новременного протекания релаксационных процессов в структуре.

С учетом существа механизма деформирования на масштабных уровнях структуры бетона, отвечающих в иерархической последовательности строению собственно поризованного бетона, плотного мелкозернистого бетона, цемент-

ного микробетона и цементирующего вещества, выделяются параметры состава, структуры и состояния, ответственные за изменение баланса внутренних сил в материале при его деформировании. При этом полагается, что деформативные характеристики материала определяются и отдельным параметром структуры,

65