Воздушные поры в бетонах оптимальной прочности
Воздушные поры, образуемые включениями воздуха, остающимися в уплотненной бетонной смеси, обычно присутствуют в бетоне в заметных количествах (в бетоне на крупном заполнителе до 3—4%, в мелкозернистом 5—8%). Возникает мнение о закономерности такого явления, по крайней мере при уплотнении вибрацией бетонов со средне- и мелкозернистыми заполнителями.
Нами изучалось содержание воздушных пор во взаимосвязи с параметрами структуры бетонов и, в частности, в бетонах оптимальных составов. Как известно, оптимум прочности бетонов обнаруживается При изменении расхода воды или расхода цементного теста с постоянным ВЩ для данных условий уплотнения. Второй случай представляет наибольший практический интерес, так как нахождение объема теста с принятым ВЩ является этапом в обычной схеме подбора состава бетона. Для выявления оптимальных составов при каждом из принятых ВЩ (0,35; 0,5; 0,65) изготавливали 4—6 составов бетона, отличающихся объемом цементного камня. Опыты повторялись для разных видов песка и крупного заполнителя, наибольшая крупность заполнителей составляла 20 и 5 мм. Образцы уплотняли вгЗрацией (амплитуда 0,35 мм для НК-5 мм и 0,5 мм для НК-20 мм, частота 50 Гц) и испытывали после пропаривания по мягкому режиму, а также в 28-суточном возрасте. Содержание воздуха в уплотненных смесях рассчитывали по соотношению их объемной массы и плотности (т. е. методом, применяемым обычно для определения Дупл). Кроме того, определяли содержание воздушных пор на шлифах бетонов микроскопическим способом. при расхождении результатов этих методов предпочтение отдавалось второму из них.
Полученные данные еще раз подтвердили существование оптимума прочности при изменении объема цементного камня с постоянным ВЩ для данных условий уплотнения. Рост прочности бетона при уменьшении объема цементного камня до некоторого предела происходит, несмотря на одновременное увеличение объема воздушных пор (рис. 1).
Эта картина сохраняется при изменении интенсивности вибрации. Повышение интенсивности позволяет удалить из бетона оптимального состава часть воздуха и повысить его прочность. Но оптимум прочности при этом сдвигается в сторону составов с меньшим объемом цементного камня и большим содержанием воздушных пор (рис. 2).
Таким образом, в виброуплотнениых бетонах оптимальных составов с НК= 20 мм и менее присутствует заметное количество воздушных пор, причем тем большее, чем меньше НК заполнителей. По данным 18 серий опытов, оно составило 1,5—3,6% для НК = 20 мм и 5— 7,9% для НК=5 мм. При постоянной НК на объем воздушных пор влияют характеристики заполнителей; факторы, изменяющие соотношение песок : цемент в смеси и тем самым вероятность защемления воздуха в пустотах между зернами песка (ВЩ, доля песка); толщина слоя уплотняемой смеси.
Полученные данные позволяют пересмотреть сугубо негативную оценку воздушных пор в бетоне, распространенную в настоящее время. Она возникла, когда влияние воздушных пор рассматривали при неизменном составе бетона, и рост их объема вследствие недостаточного уплотнения смеси приводил, естественно, к снижению прочности бетона. Но в. практических ситуациях при оптимальных параметрах уплотнения содержание воздуха регулируется выбором удобоукладываемости смеси, т. е. объема цементного теста. При этом отрицательная роль роста содержания воздушных пор до некоторого предела перекрывается положительной ролью уменьшения объема пористого цементного камня и повышения концентрации плотных заполнителей.
В итоге в бетонах оптимальных составов общая пористость, слагаемая из микропор цементного камня и воздушных пор, будет минимальной (рис. 3). Можно утверждать, что в наиболее плотном для каждого ВЩ бетоне некоторые поры будут воздушными, причем их тем больше, чем меньше НК заполнителей.
Следовательно, практическое значение это явление приобретает для бетонов со средне- и мелкозернистыми заполнителями (т. е. с возрастающим абсолютным содержанием песка в смеси). Если при виброформовании бетонов оптимальных составов с НК = 20 мм в части случаев еще наблюдается объем воздушных пор 1,5—2%, то для впброуплотненных бетонов оптимальных составов с НК=5 мм он постоянно был выше 5%.
Следует отметить, что воздушные поры в бетонах оптимальных составов имеют близкую к сферической форму, преимущественные размеры 0,1—2 мм и являются условно замкнутыми (степень заполнения этих пор водой при насыщении бетонов разных составов колеблется в пределах 0—20%), что позволяет считать их неопасными для морозостойкости бетона.
Сказанное выше не означает, что бетоны не нужно тщательно уплотнять при формовании. Но следует различать «неизбежные» воздушные поры, объем которых может быть установлен путем определения на тщательно уплотненном бетоне оптимального состава, от воздушных пор, которые могут добавляться к ним вследствие неудовлетворительного уплотнения.
По нашему мнению, такой подход может быть использован для обоснованного нормирования степени уплотнения бетонов со средне- и мелкозернистыми заполнителями.