5)бетон должен отличаться высокой эксплуатационной трещиностойко-
стью, для этого он должен обладать минимально возможной усадочностью и максимально возможной вязкостью разрушения;
6)морозостойкость бетона должна быть на уровне нормируемых для стеновых материалов требований.
При постановке и проведении исследований в факторном пространстве регулирования компонентного состава бетонной смеси варьировались коли-
чественное содержание, химико-минералогический состав и гранулометрия мелко- и микродисперсных наполнителей, вид и дозировки ПАВ, водотвер-
дое отношение (табл. 3). Гранулометрический состав используемых заполнителей и наполнителей варьировался в диапазоне от микродисперсных с Sуд = 300 м2/кг до мелкодисперсных с Мк = 2,3; химический состав изменялся от ультракислых до ультраосновных (по Косн согласно классификации П.И. Бо-
женова). Характеристика сырьевых материалов представлена в табл. 4.
Таблица 3 Характеристика факторного пространства исследований условий получения
поризованных бетонов
Средняя |
|
Характеристики состава бетонной смеси |
||
плотность |
|
|
|
|
В/Ц |
В/Т |
Содержание заполнителя, |
Дозировка добавки ПАВ |
|
бетона, кг/м3 |
|
|
м3/м3 объема твердой фазы |
|
|
Микродисперсная смесь, Sуд. нап .= 150-350 м2/кг |
|||
600 |
- |
0,3-0,35 |
0,4-0,5 |
0,25 % от массы сухих ком- |
|
|
|
|
понентов |
|
|
|
|
|
800 |
- |
0,3-0,35 |
0,4-0,55 |
0,2 % от массы сухих ком- |
|
|
|
|
понентов |
|
|
|
|
|
1000 |
- |
0,3-0,32 |
0,4-0,6 |
0,15 % от массы сухих ком- |
|
|
|
|
понентов |
|
|
|
|
|
1200 |
- |
0,3-0,32 |
0,4-0,6 |
0,1 % от массы сухих ком- |
|
|
|
|
понентов |
|
|
|
|
|
|
|
Мелкодисперсная смесь, Мк = 0,8…2,5 |
||
800 |
0,5-0,8 |
- |
0,5-0,6 |
0,2 % от массы цемента |
1000 |
0,4-0,7 |
- |
0,5-0,6 |
0,15 % от массы цемента |
|
|
|
|
|
1200 |
0,4-0,6 |
- |
0,5-0,6 |
0,1 % от массы цемента |
1400 |
0,35-0,6 |
- |
0,5-0,7 |
0,07 % от массы цемента |
1600 |
0,35-0,6 |
- |
0,5-0,7 |
0,05 % от массы цемента |
21
Таблица 4
Характеристика микро- и мелкодисперсных наполнителей и заполнителей поризованного бетона
Вид |
|
Характеристика |
|
|
Группа |
Удельная площадь по- |
Интегральная оценка |
|
по крупно- |
верхности, см2/г |
по Косн |
|
сти |
|
|
Гранитные отсевки |
Мк=2,3 |
- |
0,003 – кислое сырье |
Кварцевый песок |
Мк=1,2 |
- |
0,01 – кислое сырье |
Пылевидный песок |
Мк=0,8 |
800 |
0,03 – кислое сырье |
Хвосты обогащения |
Мк=0,9 |
250-470 |
0,4 – кислое сырье |
ГОК |
|
|
|
Карбонатсодержашая |
Мк=0,8 |
900 |
3,32 – ультраосновное |
пыль-унос цементного |
|
|
сырье |
производства |
|
|
|
Зола-уноса ТЭЦ |
- |
3000 |
-0,17 – ультракислое |
|
|
|
сырье |
В ходе исследований для полученных разновидностей поризованных бетонов произведена комплексная оценка основных конструкционных харак-
теристик: прочности, вязкости разрушения, влажностной усадки, морозостойкости, теплопроводности. При проведении испытаний кубиковая Rm,
призменная Rb прочность, прочность на растяжение Rbt, модуль упругости Еб,
коэффициент теплопроводности , морозостойкость определялись по стан-
дартным методикам; предельная растяжимость, прочность бетона на растя-
жение при изгибе оценивались как по стандартным методикам, так и по результатам испытаний образцов по схеме четырехточечного изгиба; для по-
лучения показателя КIc проводились испытания образцов размером
40 40 160 мм, имевших искусственную трещину – надрез 32 .
Комплексная оценка свойств (табл. 5,6) позволила определить рациональные направления использования исследованных видов мелко- и микро-
дисперсных наполнителей для получения поризованного бетона различной средней плотности и обосновать его рациональные составы.
Установлено, что применение песка естественной гранулометрии с ве-
личиной Мк 1,2, отсевок камнедробления Мк 2,3 представляется возможным и оказывается эффективным для бетона средней плотности 1200...1600 кг/м3. Использование данного вида бетона для несущих и самонесущих конструк-
ций зданий (внутренних несущих стен, перекрытий, перегородок) следует считать рациональным, так как обеспечивает снижение материалоемкости
22
Таблица 5 Показатели свойств мелкозернистого поризованного бетона
|
|
Марка поризованного бетона |
||||
Показатели свойств |
|
|
по средней плотности |
|
||
|
|
D1600 |
D1400 |
D1200 |
D1000 |
D800 |
Прочность при сжатии (кубиковая) Rm, МПа |
14,0 |
6,0 |
2,5 |
1,0 |
0,5 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Прочность при сжатии (призменная) Rb, МПа |
12,0 |
5,3 |
3,0 |
1,3 |
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Прочность при растяжении Rbt, МПа |
2,3 |
1,5 |
0,8 |
0,4 |
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Модуль упругости, МПа |
|
22000 |
12000 |
6000 |
3000 |
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
Предельная растяжимость ubt, мм/м |
0,15 |
0,18 |
0,20 |
0,23 |
0,26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Вязкость разрушения КIc, кН/м3/2 |
200 |
110 |
60 |
30 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Деформации влажностной усадки , мм/м |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
1,0 |
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Марка по морозостойкости |
|
>35 |
>35 |
35 |
35 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент теплопроводности при |
W = 0% |
0,35 |
0,28 |
0,24 |
0,21 |
0,12 |
влажности, Вт/ м 0С |
|
|
|
|
|
|
W = 8% |
0,52 |
0,44 |
0,38 |
0,29 |
0,21 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6 Показатели свойств микрозернистого поризованного бетона
|
|
Марка поризованного бетона по средней плотности |
|||||||
|
|
мелкозернистый |
микрозернистый |
|
|||||
Показатели свойств |
на немолотом песке |
на молотом |
на пыли- |
||||||
|
|
|
|
|
песке |
уноса |
|||
|
|
D1600 |
D1400 |
D1200 |
D1000 |
D800 |
D1000 |
|
D800 |
Прочность при сжатии (кубико- |
15,0 |
8,0 |
4,0 |
4,5 |
3,2 |
3,7 |
|
2,6 |
|
вая) Rm, МПа |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прочность при растяжении Rbt, |
3,3 |
2,2 |
1,3 |
1,2 |
0,75 |
1,2 |
|
0,75 |
|
МПа |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Модуль упругости, МПа |
18000 |
10 |
5100 |
3900 |
2200 |
3400 |
|
2200 |
|
000 |
|
||||||||
Предельная растяжимость ubt, |
0,12 |
0,18 |
0,25 |
0,36 |
0,49 |
0,38 |
|
0,41 |
|
мм/м |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вязкость разрушения КIc, кН/м3/2 |
225 |
150 |
100 |
75 |
45 |
85 |
|
55 |
|
Деформации влажностной усадки |
0,8 |
0,8 |
0,8 |
1,5 |
1,7 |
2,5 |
|
3,4 |
|
, мм/м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Марка по морозостойкости |
>35 |
>35 |
35 |
35 |
35 |
35 |
|
35 |
|
Коэффициент тепло- |
W = 0% |
0,35 |
0,28 |
0,24 |
0,22 |
0,16 |
0,22 |
|
0,18 |
проводности при |
W = 8% |
0,52 |
0,44 |
0,38 |
0,34 |
0,27 |
0,41 |
|
0,35 |
влажности, Вт/ м 0С |
|
|
|||||||
23
несущих конструкций, позволяет использовать местное сырье при мини-
мальных затратах на подготовку сырьевых компонентов.
Использование пылевидных песков представляется допустимым для получения поризованного бетона во всем рассмотренном диапазоне его средней плотности. Применение данного вида бетона можно рассматривать как возможное для всех конструкций малоэтажных зданий.
Важно подчеркнуть, что величина средней плотности 1150-1250 кг/м3
является граничной по возможности и целесообразности использования микродисперсных зернистых включений при получении поризованных бетонов.
Использование микродисперсных наполнителей представляется эффективным для бетона средней плотности 800…1200 кг/м3. При этом наиболее вы-
сокой прочностью обладают бетоны на основе золы-уноса. В первую очередь это может быть обусловлено фактором обеспечения квазиоднородности структуры межпоровых перегородок в силу наименьшего размера включений из всех рассмотренных вариантов.
Для получения бетонов плотностью 800...1000 кг/м3 целесообразно применение микродисперсных техногенных отходов, преимущество исполь-
зования которых в сравнении с молотым песком обусловлено отсутствием необходимости дополнительной их обработки измельчением.
При решении вопросов управления технологией строительных материалов требуется исходить из условий обеспечения рассмотренного комплек-
са строительно-технических свойств не только на момент изготовления, но и на протяжении всего периода эксплуатации в условиях действия комплекса механических нагрузок и физико-климатических факторов. Как известно, долговечность материала, надежность конструкций определяются интенсив-
ностью деструктивных процессов в материале, происходящих от их суммарного действия. Среди них для поризованных бетонов наиболее значимыми оказываются влажностные воздействия, так как именно от них зависит проявление практически всех конструкционных свойств – прочности, деформа-
тивности, морозостойкости, теплопроводности, среди которых критическими для долговечности являются влажностная усадка и морозостойкость.
24
2.2. Механизм влияния влажностного состояния
на проявление конструкционных свойств
композиционных строительных материалов
При изменении влажностного состояния проявление конструкционных свойств материала как структурированной системы определяются количественным содержанием и соотношением различных видов воды в его структу-
ре. Общая физическая и химическая природа влияния находящейся в структуре твердого тела воды на его свойства понимается как результат склады-
вающегося в ней баланса внутренних сил, параметры которого определяются соответственно формой и энергией связи воды.
Дисперсным капиллярно-пористым системам (согласно П.А. Ребиндеру) присущи различающиеся по природе и энергии формы связи структуры с
водой 28 :
химическая (связь в точных количественных соотношениях), обуслов-
ленная электростатическими силами взаимодействия (первичными и вторичными валентностями ионов);
физико-химическая (связь в различных нестрого определенных соотношениях), определяемая молекулярным силовым полем поверхности твердой фазы;
физико-механическая (связь в неопределенных соотношениях), обу-
словленная наличием капиллярного давления, поверхностным натяжением жидкости, а также механическим удерживанием в поровой струк-
туре.
Для строительных материалов эти формы связи воды реализуются в следующих ее видах:
1) кристаллической (конституционной), входящей в структуру решеток различных кристаллогидратов в форме ОН-групп с энергией связи Есв = 600 - 800 кДж/моль; гидратной и межслоевой (в пакетах кристаллов) в виде моле-
кулярной воды, "связанной" координационно-ненасыщенными атомами и ионами кристаллической решетки минералов (Есв = 400-600 кДж/моль);
2) адсорбционной, образующейся за счет адсорбционного "притяжения" молекул воды к активным адсорбционным центрам поверхности минералов.
Среди нее выделяются две разновидности: с наибольшей энергией притяжения к поверхности (около 40 - 120 кДж/моль) - вода мономолекулярной ад-
25