Главная
Бетон
Виды бетона
Прочность бетона
Деформации бетона
Строительные решения
Добавки для бетона
Бетонная смесь
Твердение бетона
Информация о цементе




Вход на сайт

Структура бетона

Автор: admin от 6-02-2012, 23:45

Почти параллельно с развитием химических процессов формируется структура бетона. Цементное тесто, как композиция воды и твердой фазы в виде минералов клинкера, и тонкодисперсных добавок является пастообразных телом, в котором отношения между жидкой и твердой фазами постоянно меняется во времени в результате процессов гидролиза и гидратации. Сразу после замеса и на ранних стадиях в тесте около 70% составляет вода и около 30% твердая фаза. Образуется структурированная вязко пластичная система с определенными реологическими свойствами, обусловленные внутренними межмолекулярными силами, которые связывают силами капилляр, ной взаимодействия и внутреннего трения отдельные высокодисперсные процессы в суспензии, способной к пластической деформации. Эта система представляет собой упруго-вязко-пластичное тело, которое может проявлять такие реологические свойства в зависимости от механического состава и интенсивности приложения внешних сил.

При механическом разрушении структуры (перемешивании, вибрировании и т.п.) структурная вязкость суспензии уменьшается, и система приобретает свойства тяжелой жидкости (тело Ньютона). После прекращения механического влияния структурные связи восстанавливаются, т.е. система проявляет тиксотропные свойства.
Структурная вязкость теста не является постоянной. Со временем по мере развития процесса гидратации система постепенно сжимается, ее важнейшие реологическая характеристика - предельное сопротивление сдвигу - увеличивается. Система постепенно превращается в твердое тело и цементный камень.

Пока бетон еще сохраняет подвижность, в нем под действием сил гравитации происходят процессы седиментации, тесто уплотняется, а на его поверхности образуется тонкая пленка воды -происходит вода отделение, что отрицательно влияет на структуру бетона, а в дальнейшем развитии и цементного камня при изготовлении бетонных и железобетон изделий.

Вода в результате седиментации и вода отделения может скапливаться под зернами крупного заполнителя, что приводит к появлению очень вредных макропор в структуре бетона. При этом уменьшается сцепление цементного камня с заполнителями, снижается прочность бетона, повышается его водопроницаемость. Также существенно снижается сцепление бетона с арматурой.

Для повышения водоудерживающей способности цемента можно применять различные ПАВ (в частности воздухововлекающие добавки), а также трепел, опоку, которые, набухая, удерживают воду.

Во время твердения объем цементного теста увеличивается, причем наиболее интенсивно во время схватывания достигая через сутки прироста 0,1 ... 1,0% начального. Увеличение объема объясняется тепловым расширением. Взаимодействие цемента с водой сопровождается непрерывным уменьшением количества воды и ростом объема твердой фазы. При этом происходит контракция - уменьшение абсолютного объема системы "цемент-вода" по сравнению с объемом исходных реагирующих веществ. Объем твердой фазы при этом увеличивается. Новообразования в результате гидратации возникают в виде оболочек в основном на поверхности частиц цемента. Толщина этих оболочек со временем увеличивается, на их внешней поверхности постепенно растут мелкие иглообразные кристаллы гидросиликатов кальция, а внутри оболочек образуются продукты гидратации в виде субмикрокристалив. Пространство между гидратированными частицами цемента заполняется частицами новообразований в виде гидратов минералов, при этом цементное тесто начинает набирать упругость, постепенно теряет подвижность и превращается в цементный камень.

По определению В.М.Юнга - это своеобразный конгломерат, который можно назвать "микробетоном". В состав его структуры входит часть зерен цемента, которые не прореагировали, гель с частичек новообразований, некоторого количества относительно крупных кристаллов и пор разного вида и происхождения.

Затвердевший гидросиликатний гель имеет достаточно высокую прочность, его структура насыщена большим количеством пор размером от 0,1 до 100 Нм. Помимо таких гелевых пор, в его структуре возникают капиллярные поры размером 0,1 ... 1,0 мкм и поры размером 0,05 ... 2,0 мм, возникающие в результате воздуха втягивания в процессе приготовления бетонных смесей.

Капиллярные поры, в отличие от гелиевых и контракционной, зависят от рецептуры и других технологических факторов, в частности водоцементмого отношения. Их общий объем и размеры в структуре цементного камня и бетона могут изменяться в широких пределах. С увеличением продолжительности твердения объем капиллярных пор уменьшается, поскольку они постепенно заполняются новообразованиями (капиллярные поры как бы "зарастают" гидратами новообразованиями). Вода в капиллярных порах содержится силами поверхностного натяжения, а если размер капиллярных пор превышает 20 ... 40 мкм, то силами гидростатического давления.

Именно капиллярные поры (в цементном камне объем, размеры и характер распределения) непосредственно влияют на физико-механические свойства цементного камня и бетона: водопроницаемость, водостойкость, деформативность, морозостойкость против действия агрессивных сред и т.п.

Общая пористость цементного камня зависит от величины водоцементного отношения, которое может изменяться в пределах - 0,35 ... 0,7. Соответственно общая пористость меняется от 25 до 50%. Несмотря на достаточно высокую общую пористость цементного камня, он имеет очень высокую водонепроницаемость сравнимую даже с плотными горными породами. Так, например, цементный камень, который имеет пористость 20 ... 30% по показателю водонепроницаемости приближается к горным продам, что имеют пористость всего 2 ... 3%.

Вода в твердеющему цементном камне выполняет очень важную роль и может быть в его структуре химически связанной, адсорбционно связанной, капиллярной, свободной.
Химически связанная вода в гидратных новообразованиях, входит в состав твердой фазы. Если такая вода связана основными валентностями Са (ОН) 2, то она испаряется при относительно высокой температуре - 300 ... 500 ° С. В кристалогидратах (гипс, гидросиликаты, гидроалюминаты) она может быть связана в виде ионов или молекул, содержащихся в решетке силами. Такая вода испаряется при низких температуре - 200 ... 300 ° С, а иногда и при 100 ° С.

Адсорбционно связана вода - адсорбированная дольками цементного геля, так называемая "псевдотвердая" вода. Она содержится в структуре цементного камня силами Ван Дер Ваальса в виде двух-трех слоев и удаляется обычно при температурах свыше 100 ° С. Особенностью этой воды является то, что благодаря весьма значительным адсорбционным силам (они связывают ее с частицами геля) она может участвовать в дальнейшей гидратации цемента, что не отреагировал.

Капиллярная вода удерживается в структуре капиллярными силами, значение которых обратно пропорциональное диаметра капилляров. Мениск в капиллярах вогнутый, давление в них достигает 15 МПа. Эта вода играет существенную роль в процессах дальнейшего преобразовании цементного камня. При определенном удалении воды гидратация прекращается. Мельчайшие капилляры диаметром менее 0,2 мкм заполняются водой не только при непосредственном контакте с ней, но и при сорбции. Процесс испарения воды из капилляров зависит от относительной влажности окружающей среды и диаметра капилляра. Когда относительная влажность повышается, вода начинает конденсироваться в соответствующих по диаметру капиллярах.
Свободная вода находится в крупных порах - так называемых макро-порах. Такая вода замерзает при температуре ниже 0 ° С, что обусловлено растворенными в ней веществами (минерализованная вода). Свободная вода замерзает в тонких капиллярах при значительно более низкой температуре (до минус 25 ° С).

Соотношение между количеством цемента не прореагировал, новообразованиями, содержанием воды и объемом пор зависит от величины водоцементного отношения.

Твердения и структурообразования цементного камня и бетона являются основными процессами, которые формируют важнейшие свойства бетона - прочность, деформативность, проницаемость, долговечность и т.п. Однако наличие в структуре бетона мелкого и крупного заполнителей определенным образом влияет как на кинетику структурообразования, так и на результат этого процесса.
Часть воды "оттягивается" заполнителем для смачивания поверхности его зерен и эта часть тем больше, чем большая удельная поверхность зерен. В этих условиях как бы снижается В / Ц, что влияет на кинетику структурообразования цементного камня.

Процесс развивается в тонких слоях воды между зернами заполнителей, происходит взаимодействие с ними гидратов клинкерных минералов с образованием контактных слоев. Образовавшаяся на поверхности контакта цементного камня с заполнителем выполняют важную роль в обеспечении сцепления между ними. Состав новообразований зависит от минералогического состава заполнителей и условий твердения бетона.

Заполнитель повышает водоудерживающую способность цементного теста, непосредственно влияет на реологические свойства бетонной смеси. Степень этого влияния зависит от концентрации заполнителей в бетоне. Структурирующая роль заполнителя проявляется в ограничении, связывании объемных деформаций затвердевает чего-либо цементного теста и камня.
Значительная роль заполнителей в образовании макропор, которые возникают при высоком вода содержании бетонной смеси вследствие седиментации. Во зернами крупного заполнителя образуются слои чистой воды (свободная вода), которые после ее испарения превращаются в макропоры, что значительно повышает проницаемость бетона.

Причиной образования макропор на стадии технологической обработки бетонной смеси (особенно жесткой) может быть недостаточное ее уплотнение. Такие поры является фактически дефектами структуры бетона и значительно снижают прочность и другие физико-механические свойства бетона, их размеры достигают нескольких миллиметров.

Категория: Твердение бетона