Определение объема и давления защемленного воздуха в бетонах и пористых каменных материалах при водонасыщении
В бетонах, растворах и пористых каменных материалах поры и капилляры сообщающимися, а неполное заполнение капилляром водой может вызываться не замкнутостью пор, а строением капилляром, обусловливающим за- щемление в них воздуха.
Защемление воздуха и капиллярах (рис. 1,6) происходит, например, при бетонной смеси, когда вода в капиллярах пористого заполнители движется от периферии к центру. По. оно будет происходить и и случае одностороннего соприкосновения пористого материала с водой из-за неодинаковой скорости движения ее в капиллярах разных диаметров (рис. 1.0).
Значение строения капилляров целесообразно рассмотреть на примере бетонов с пористыми заполнителями. Известно, что формирование свойств легких бетонов протекает в условиях взаимодействия двух капиллярных систем: цементного теста, постепенно затвердевающего в цементный камень, и пористого заполнителя. Зерна пористого заполнителя подобно «микронасосам» отсасывают из цементного теста воду, «аккумулируют» ее в капиллярах п отдают обратно цементному тесту по мере его затвердения и высыхания. Но если ограничиться сказанным, то значит дать не только примитивную, по и неправильную схему происходящих в легких бетонах капиллярных явлений.
Действительно, если бы в зернах пористых заполнителей При их водопоглощении не происходило защемления воздуха, то заполнитель отсасывал бы из цементного теста ровно столько воды, сколько вытесняется воздуха из его капилляров. т. е. в тесте происходила бы замена водяных пор равными по объему воздушными порами и плотность цементного теста оставалась неизменной. Но так как в капиллярах заполнителя происходит защемление и сжатие части воздуха, то объем отсасываемой им из цементного теста воды превышает объем отдаваемого тесту воздуха. В результате в контактном слое между цементным тестом н заполнителем возникает градиент давления, обусловливающий повышение плотности цементного камня.
Отмеченное явление в бетонах на пористых заполнителях, названное нами «самовакуумированием», и может служить объяснением для тех случаев, когда легкие бетоны, при неизмеримо большем суммарном объеме пор, чем обычные бетоны, при прочих сопоставимых условиях, имеют не только большую прочность на сжатие, но и большую водонепроницаемость. Без учета объема и давления защемленного воздуха невозможно также объяснить объемные изменения свежеотформованных бетонных изделий и бетонных смесей при тепловой обработке, поскольку главным вспучивающим фактором в них при температурных перепадах является газовая фаза.
В зависимости от строения капилляров давление защемленного воздуха может значительно превышать 1 атм. Объем воды, всасываемый капиллярно-пористым материалом, будет более объема воздуха (давление 1 атм), вытесняемого из поп н капилляров. Среднее давление защемленного воздуха в капиллярах бетонов и пористых каменных материалов определяется расчетом на основании опытных данных.
Прибор (рис. 2) представляет собой металлический сосуд емкостью 2,14 л с плоским дном и объемной конической крышкой. В дне имеются упоры, на которые устанавливается образец. При испытании заполнителя на упоры ставят сетку с ячейками 5 мм. В середине дна имеется отверстие н в него вставлена втулка па резиновой шайбе, соединяющая сосуд с металлической трубкой, снабженной пробковым крапом. Конец другой трубки соединен с резиновой трубкой, идущей от бака с водой, установленного примерно на 100 см выше прибора.
Трубка, соединенная с сосудом, сообщается с горизонтально расположенной металлической трубкой, имеющей также пробковый кран. Па копне этой трубки поставлено колено, котором специальной закреплена установленная градуированная стеклянная трубка.
Коническая крышка крепится к сосуду шестью откидными болтами с барашками. Для герметизации между крышкой н сосудом ставится резиновая прокладка. В боковой части крышка снабжена штуцером с пробковым крапом. Штуцер служит для надевания шланга от лабораторного вакуум-насоса. Над верхним концом конической крышки имеется втулка, в которой специальной гайкой закреплена бюретка с краном. Диаметр бюретки н градуированной трубки принимается от 15 до 25 мм, в зависимости от пористости изучаемых материалов. Сосуд упорами прикреплен к вертикально установленной деревянной доске.
При изготовлении нескольких приборов все закрепляются на одном общем деревянном щите и резиновыми шлангами соединяются к общему баку с водой. В бак наливают свежекипяченую (охлажденную) пли дистиллированную воду.
Объем и давление защемленного воздуха определяют на образцах из бетона (раствора) или камня в виде кубиков или цилиндров размером до 10 см в поперечнике и на заполнителе, рассеянном на фракции 5—10, 10—20 мм 20—40 мм, в объем около 2 л По стандартам определяют удельный н объемный вес бетонных н каменных образцов, а также заполнителей (в куске).
Испытуемые материалы высушивают в сушильном шкафу При температуре 105—П0°С до постоянного веса и взвешивают с точностью до 1 г.
Рассчитывают суммарный объем пор и капилляров по формуле
После определения суммарного объема сообщающихся (открытых) пор и капилляров материал снова высушивают до постоянного веса и после остывания укладывают в сосуд.
Крышку сосуда и кран (3) закрывают, а кран бюретки и коап (11) открывают. После фиксации времени t, в сек, открывают кран (10). Как только вода заполнит сосуд и бюретку, (10) и бюретки закрывают, фиксируют время 12, а также уровень воды и бюретке и трубке (12), принимаемые за пулевые. После этого, через определенные промежутки времени, фиксируют уровень поды в бюретке и трубке.
Испытание считается законченным, когда разница между двумя отметками воды в бюретке н трубке, сделанными через 1 ч, составит менее 0.1 мл.
Уровень поды в бюретке и трубке фиксируется в течение 1 мин через каждые 10 сек, в течение первого часа — через каждую минуту, второго часа — через каждые 10 мин н в последующее время — через каждый час.
В начале опыта уровень поды в бюретке н трубке, по закону сообщающихся сосудов, одинаков. В дальнейшем, если в материале не происходит защемления воздуха, то в результате всасывания поды в его поры п капилляры вытесняемый из них воздух будет собираться в верхней части бюретки,1 уровень воды в пей п в трубке снижается. Но отметки воды в бюретке и трубке будут постоянными. Если же в материале происходит защемление воздуха н сжатие объема, то уровень воды в трубке (12) опускается ниже отметки воды в бюретке.
По понижению уровня поды и бюретке определяют объем и скорость вытесненного воздуха, а по разности отметок воды в бюретке и трубке — объем воды, всасываемой материалом без вытеснения воздуха, и скорость этого процесса.
По окончании опыта бак отключают, снимают резиновую трубку н открывают краны (10) и бюретки, после чего открывают крышку, образец вынимают из сосуда п немедленно взвешивают (Р2) с точностью I г.
Объем воздуха в бюретке образовался лишь за время наблюдения после закрытия крана, т. е. за промежуток времени после U. Поскольку время между t и 12 кран бюретки был открыт, в результате опытов следует ввести коррективы. Для этого вычерчивают кривые изменения отметок воды в бюретке и трубке для t2, t3, и т. д., а для них значения принимаются по эксторполяции.
Выводы
Предложен метод и прибор для определения объема и давления защемленного воздуха в порах и капиллярах бетонов, растворов, пористых камней и пористых заполнителей. Этот метод служит также для определения действительного суммарного объема сообщающихся (открытых) и замкнутых пор и капилляров и скорости водоцоглощения и условиях вакуума н атмосферного давления./p>