Структурные характеристики бетонов
Развитие общей теории бетона и методов технико-экономических расчетов связано с разработкой интегральных характеристик качества бетона и заполнителя, позволяющих установить влияние последнего «а структуру бетона.
Несмотря на некоторое совершенствование методов оценю! качества заполнителей, достигнутое в последние годы, по- прежнему одной из важнейших характеристик песка является модуль крупности, а в результате испытаний по существующим ГОСТам песка или щебня определяют главным образом их пригодность для бетона. Многочисленные исследования показали, что характеристики заполнителей, определяемые по существующим методикам, не позволяют оценить достаточно достоверно и однозначно влияние того или иного заполнителя на структуру и свойства бетона.
Более - удовлетворительные результаты были получены при введении понятия об удельной поверхности заполнителя.
В настоящее время разработаны и применяются различные методы определения удельной поверхности песка, которые условно можно разделить на два вида: 1) расчет по зерновому составу и 2) испытания на различных приборах.
Основным недостатком применяемых методов определения удельной поверхности является то, что они слабо учитывают физические свойства поверхности заполнителя, которые очень сильно влияют на свойства бетонной смеси и бетона. Поэтому при применении заполнителей из разных горных пород использование в расчетах данных по удельной поверхности не обеспечивает достаточной точности: заполнители,.имеющие одинаковую удельную поверхность, по-разному влияют на свойства бетона.
Более надежные результаты можно получить, проведя испытания заполнителей непосредственно в бетоне. В этом случае несколько увеличивается количество факторов, влияющих на конечный результат, однако путем правильного выбора методики можно достигнуть высокой точности и достоверности получаемых данных.
Результаты опытов показывают, что водопотребность заполнителей колеблется в широких пределах, и если мы хотим, чтобы наши технологические и технико-экономические расчеты были более точными, то надо учитывать в них новую характеристику заполнителя — его водопотребность. Действительная водо- - потребность заполнителя в бетоне значительно выше тех величин (порядка 1 — 2%), которые предлагали вводить в расчет для учета смачивания заполнителя некоторые авторы.
Введение в цементное тесто заполнителя, как известно, уменьшает подвижность смеси. Это обусловливается не только отвлечением воды на смачивание заполнителей, но и тем, что заполнитель за счет действия поверхностных сил изменяет свойства прилегающих к нему слоев цементного теста, уменьшает их вязкость, повышает пластическую прочность. Именно в результате этого изменяется подвижность бетонной смеси. Однако этим влияние заполнителя не ограничивается. Изменяя свойства цементного теста, он оказывает заметнее воздействие и на сроки схватывания, первоначальную прочность бетона и т. Д. Поэтому характеристика водопотребности заполнителя является общим критерием влияния его на свойства бетонной смеси и бетона.
В работах использовался метод определения водопотребности заполнителя, в основу которого положено сопоставление водопотребности равноподвижных систем — цементного теста, цементно-песчаного раствора и бетонной смеси. Позже был разработан универсальный метод.определения плотного и пористого заполнителя к концу периода формирования структуры. По этому способу сначала устанавливается эталонная зависимость периода формирования структуры цементного камня от его ВЩ для данного цемента. Затем определяется период формирования структуры испытываемого бетона, приготовленного на том же цементе. По эталонному графику определяется В/Ц цементного камня в бетоне к концу периода тормирования структуры. Имея значения ВЩ камня и зная расход цемента, можно рассчитать объемную концентрацию цементного камня в бетоне. Этот метод позволяет также определить водопотребиость как крупного, так и мелкого плотного или пористого заполнителя.
Введение любого заполнителя в цементное тесто сокращает период формирования его структуры. Влияние запол-. кителя на формирование структуры цементного камня зависит от адсорбцион/ ной способности н водопоглощения за{ полнителя (рис. 1).
Таким образом, предложенный способ отличается тем, что позволяет определять количество цементного теста и его качество к концу периода формирования структуры, т. е. в «узловой» точке качественного перехода бетонной смеси в бетон. Это дает возможность получить структурные характеристики Остина ц «узловой точке в виде:
После «узловой» тошен структура бетона будет изменяться в зависимости от времени н условий последующего твердения, однако надо иметь в виду, что структурные характеристики, складывающиеся к данному сроку твердения, будут являться наследственными функциями концентрации цементного теста « В/Ц цементного камня в бетоне, соответствующими «узловой» точке. В частности, зная эти две величины и определив экспериментально степень гидратации цемента, можно расшифровать групповую пористость цементного камня в бетоне с помощью расчетно-экспериментального метода.
Нужно отметить, что микроструктура цементного камня в бетоне складывается под влиянием его макроструктуры, что делает необходимым рассматривать обе эти характеристики совместно.
Для систематизации бетонов по структурным характеристикам предложена. номограмма структур бетонов (рис. 2). Главной задачей номограммы является определение состава бетонной смеси, обеспечивающей получение бетона с требуемыми структурными характеристиками.
Каждому водоцементному отношению на огибающей кривой соответствует определенный расход цемента, который численно равен тангенсу угла наклона прямой, соединяющей начало координат с соответствующей точкой этой кривой tgcp= —Ц, т/м3. Объемная концентрация цементного камня в бетоне может изменяться от единицы до величины, соотвстствующей пустотности данного гранулометрического состава Vn. Изменение концентрации цементного камня в бетоне в указанных пределах характеризуется также гиперболическими кривыми, нанесенными с определенными интервалами и соответствующими различной объемной концентрации цементного камня.
Номограмма структур бетонов выявляет область существования цементных систем, ограниченную с одной стороны водоцементным отношением цементного камня в бетоне, находящемся в пределах максимальной влагоемкости цемента и его водоудерживающей способности, с другой — двумя гиперболическими кривыми объемной концентрации цементного камня в бетоне, которые соответствуют объемной концентрации цементного камня, равной единице, и концентрации, равного камня» водоцементного отношения цементного камня в бетоне и степени гидратации цемента.
Так как количество цемента в предполагаемом цементном камне и бетонной смеси остается одинаковым, то точка А переместится по лучу данного расхода цемента в положение At, соответствующее абсциссе. По интерполяции определяем исходную концентрацию цементного камня в бетонной смеси. Подобранная бетонная смесь обеспечивает получение бетона с заданными структурными характеристиками.
Описанным способом возможно определение ВЩ бетонных смесей, обеспечивающих получение бетонов с постоянными значениями водоцементиого отношения цементного камня в бетоне К7с Следовательно, на номограмму можно нанести кривые водопотребности при изменении объемной концентрации цементного камня в бетоне.
Все основные свойства бетонов являются функцией структурных характеристик — объемной концентрации допустим, вида заполнителя на прочность бетона) необходимо сравнивать бетоны между собой только при одинаковых значениях структурных характеристик.
На рис. 3 наглядно показано влияние вида заполнителя на прочностные свойства бетона, когда их сопоставление производится в сравнимых структурах. Показано, что на прочность тяжелого и легкого бетонов при сжатии и растяжении большое влияние оказывает макроструктура бетона. Если при постоянном значении ВЩ цементного камня его объемная концентрация изменяется от 0.15.до ОД то прочность при сжатии н растяжении меняется в 2 раза н более.
Важнейшей характеристикой заполнителя является его водопотребиость определенная непосредственно в бетонной смеси. Водопотребиость оказывает решающее влияние на реологические свойства бетонных смесей, а также на структуру и свойства бетона. Надежность технологических расчетов можно повысить, используя действительные значения водопотребности заполнителя в бетоне и номограмму структур бетонов.