WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |

взято с

http://www.hydrobeton.ru/?id=5&select=3&tid=4

Электронная библиотека

Выбор по тематике Выбор по изданию

Дважды лауреат Сталинской премии,

проф., др техн. наук В. В. Михайлов

ВОДОНЕПРОНИЦАЕМЫЕ РАСШИРЯЮЩИЕСЯ ЦЕМЕНТЫ

1. Усадка цемента и ее влияние на строительные свойства бетона

2. Химические свойства тройных и четверных систем СаОАl2О3Н2О; CaOАl2О3CaSO4H2O

3. Технические свойства водонепроницаемого расширяющегося цемента (ВРЦ) и водонепроницаемого безусадочного цемента (ВБЦ)

4. Технические свойства нормального слабо расширяющегося цемента (РЦ)

5. Технология изготовления водонепроницаемых расширяющегося и безусадочного цементов

6. Применение водонепроницаемых расширяющихся цементов в строительстве

1. Усадка цемента и ее влияние на строительные свойства бетона

При схватывании и твердении большинства известных нам цементов происходит уменьшение объема тела гидратируемого вяжущего.

Для того чтобы уяснить причины и условия проявления усадки цементного камня, рассмотрим процесс твердения цемента, затворенного на оптимальном количестве воды.

Рис. 1. Структура твердеющего цементного камня На рис. 1 приведена схема структуры цемента в процессе твердения (Ц — частицы клинкера, еще не до конца гидратированные, в момент, когда объем этих частиц значительно уменьшился по отношению к начальному объему, показанному пунктиром). Частицы Ц окружены диффузным слоем чистой воды (свободным от растворимых солей). Через этот слой в процессе растворения непрерывно выбрасываются гидрагированные ионы и молекулы клинкерных солей, которые переходят в область твердеющего цементного камня и оседают на ближайшем из растущих кристаллических новообразований последнего.

Те кристаллы новообразований, которые расположены дальше от частицы Ц клинкера, вскоре перестают расти вследствие недостаточного притока новых ионов. Эти кристаллы образуют как бы поверхностный слой цементного камня, играющий роль защитной корки вокруг продолжающих гидратироваться зерен клинкера; корка прорезана весьма тонкими капиллярными каналами (рис. 2).

Рис. 2. Капиллярные каналы А в зонах между коллоидными частицами новообразования гидратированного цемента Кристаллы новообразований связаны между собой водой кольцевых контактов, которая осуществляет весьма интенсивное капиллярное сжатие частиц. Вследствие малых размеров отдельных кристаллов это сжатие очень велико. Оно еще больше увеличивается постоянно действующим отсасывающим осмотическим давлением диффузной зоны вокруг гидратируемых зерен клинкера.

Нужно иметь в виду, что в процессе схватывания и твердения цемента общий объем реагирующих веществ уменьшается, так как молекулы воды, входящие в состав гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, расположены значительно плотнее, чем в свободном состоянии. Поэтому начальный объем цементного теста, равный Ц + В + в, в процессе гидратации уменьшается до ЦЦг + (Цг + Вг)К + ВВг+в = = Ц + В + в (1К)(Цг + Вг), где Цг объем цемента, гидратировамного к рассматриваемому моменту;

Вг вода гидратации этого цемента;

в воздух;

К коэфициент, меньший единицы, характеризующий увеличение удельного веса новообразований по отношению к среднему удельному весу образовавших их материалов.

Таким образом, процесс схватывания, а затем твердения цемента сопровождается непрекращающимся сжатием зерен новообразований, создающим общее уменьшение объема цементного камня. Это уменьшение объема называется усадкой бетона и может происходить по двум совершенно различным причинам:

1) изза уменьшения действительного объема новообразований по сравнению с исходными материалами (химическая усадка);

2) изза уменьшения объема цементного камня вследствие потери влаги в атмосферу и капиллярного сжатия частиц новообразований в результате отсоса (физическая усадка).

Первая причина проявляется особенно сильно в первые дни, вторая в течение нескольких месяцев.

Итак, усадка бетона является непосредственным следствием самого процесса схватывания и твердения бетона. Однако размеры физической усадки существенно зависят от влажтностных условий среды, в которой протекает твердение бетона. Среда не меняет процесса нормальной усадки, если ее влажность находится в постоянном равновесии с жидкостью, имеющейся в цементном камне; это равновесие регулируется формой свободной поверхности жидкости, т. е. ее кривизной в порах новообразований (рис. 3).



Рис. 3. Схема взаимодействия в капиллярном контакте двух коллоидных частиц цементного камня Из предыдущего видно, что изменение размеров кольцевого контакта вследствие отсоса воды в диффузный слой и сжатия зерен цементного камня капиллярными силами происходит непрерывно; следовательно, так же непрерывно меняется в сторону увеличения среднее значение кривизны поверхности жидкости в порах системы.

Если в какойто начальный момент влажность среды и содержание воды в цементном камне определялись состоянием равновесия, то в следующие моменты равновесие нарушается и должна происходить конденсация влаги, что задерживает увеличение капиллярного сжатия частиц и тем самым уменьшает размеры усадки. Если приток влаги из воздуха среды обеспечен, то может иметь место непрерывная и при этом полная компенсация усадочного сжатия.

При хранении образцов твердеющего бетона в воде неограниченный приток воды может компенсировать усадку и даже вызвать разбухание бетона, но при этом неминуемо увеличатся размеры пор и каналов системы (которые заполнятся водой). Если такую систему поместить в среду с малой влажностью, то бетон быстро отдаст свою воду (вследствие наличия широких каналов) и получит усадку, большую, чем это могло бы быть при нормальных условиях твердения.

Наоборот, если сразу с момента начала схватывания и твердения нет равновесия между влагой среды и влагой бетона (причем влажность среды мала), то бетон будет отдавать влагу в среду тем энергичнее, чем крупнее поры новообразований. В этом случае будет происходить интенсивная усадка, связанная с уменьшением содержания влаги у контактов. Если среда очень сухая, а поры широкие, то обезвоживание бетона произойдет настолько быстро, что воды окажется недостаточно для снабжения диффузного слоя гидратируемых частиц клинкера, и схватывание бетона вовсе прекратится.

При этом будет иметь место очень большая усадка бетона, происходящая преимущественно вследствие капиллярного сжатия, а не вследствие интенсивного образования цементного камня. Отсюда видно, насколько важно удержать в бетоне оптимальное количество воды, особенно в начальные сроки схватывания и твердения.

Бетон даст большую усадку при его хранении в обычных условиях после длительного водного хранения по сравнению с таким же бетоном, с самого начала твердевшим в обычных условиях. Это подтверждается данными рис. 4.

Рис. 4. Усадка цемента при различных режимах выдерживания образцов в процессе твердения На рис. 4 кривая в характеризует изменение полной деформации бетона (R = 250 кг/см2, содержание цемента в 1 м3 бетона 300 кг) при хранении в течение 960 дней в воде, кривая г деформации бетона при хранении в течение 60 дней на воздухе, 900 дней в воде, а кривая д деформации бетона при хранении в течение 60 дней в воде и 900 дней на воздухе. Кривые а и б характеризуют изменения деформации при обычных условиях твердения бетона в сухом и влажном воздухе; для этих двух случаев усадка меньше, чем для случая кривой д.

Уменьшение объема исходных материалов клинкера вследствие образования гидросиликатов и гидроалюминатов кальция может быть оценено по данным Лешателье (подтвержденным многочисленными последующими исследованиями) в 45 см3 на 100 г цементного клинкера в продолжение месячного твердения. Если, учитывая водное хранение, предположить, что в течение этого времени цемент гидратировалея на 50%, то полная возможная усадка бетона в результате химической реакции может составить 23% от общего объема клинкерных материалов.

Такое чрезвычайно большое изменение действительного объема цементного камня может быть обнаружено, если образец насыщенного водой теста (из которого удален воздух) поместить в герметическую форму. Под влиянием уменьшения действительного объема и сцепления со стенками формы возникают столь большие силы растяжения, что они могут разрушить форму.

Наблюдения за объемными изменениями цементного теста в течение первых часов твердения, проведенные НИС Главтуннельметростроя, показывают, что уменьшение линейных размеров образца из цементного теста достигает в суточном возрасте для силикатного цемента (портландцемента) 1%, а для глиноземистого (алюминатного) цемента 0,7%.





Это подтверждает высказанные выше соображения, что химическая усадка во много раз превышает размеры возможной физической усадки в результате капиллярного стягивания частиц.

Ввиду того что цементы обычно применяются в растворах или бетонах, внешнее проявление усадки этих систем существенно меньше усадки самого цемента в связи с тормозящим действием заполнителей. Однако размер усадки цемента, содержащегося в бетоне, остается на прежнем уровне, в силу чего в каждой пазухе между заполнителями возникают большие растягивающие напряжения в цементном камне, приводящие к появлению в нем мнкротрещин.

Существование таких внутренних разрывов ведет к тому, что вода при низком давлении и даже под влиянием собственного веса легко проходит сквозь бетон.

Последствия усадки цемента наглядно можно наблюдать при заделке цементным тестом фонтанирующих щелей и трещин. Вследствие усадки либо тело цементного камня заделки пересекает новая трещина, либо такая трещина возникает в месте примыкания заделки. Невидимая на глаз щель легко обнаруживается при подаче к наделке воды, которая тотчас же просачивается в виде капель или струек.

Вследствие неустранимости усадки принято считать все растворы и бетоны водопроницаемыми.

Усадка силикатного цемента (портландцемента) и других существующих цементов не позволяла до сих пор с их помощью надежно осуществлять зачеканку швов в обделке туннелей, заделку стыков труб и гидроизоляцию.

Усадка бетона является отрицательным фактором для таких железобетонных сооружений (особенно гидротехнических, мостовых, дорожных), в которых требуется водонепроницаемость и долговечность, а также для сооружений, работающих под динамической нагрузкой.

В железобетонных конструкциях усадка вызывает появление в растянутой зоне бетона больших напряжений и преждевременных трещин, которые в гидротехнических сооружениях приводят к фильтрации воды, а в резервуарах к утечке сохраняемой в ней жидкости. В мостах изза усадки вследствие вибрации происходит раскрытие трещин, увеличение прогибов и быстрое разрушение арматуры от коррозии. Явления усадки затрудняют замонолкчиваиие сборных железобетонных конструкций в единую жесткую систему. Усадка бетона вместе с деформациями от температурных воздействий приводит к растрескиванию дорожных бетонных покрытий и к быстрому изнашиванию дорог.

Усадка бетона лишает возможности полноценно закрепить машины на фундаментах; даже при тщательной подливке бетона под плиту машины и вокруг фундаментных болтов в результате усадки связь нарушается и машина может быстро выйти из строя вследствие свободной вибрации.

Возникают большие затруднения в уплотнении и придании водонепроницаемости швам бетона и возникшим трещинам в бетонных сооружениях, так как после заделки их обычным цементом не достигается плотность изза неминуемой усадки и отделения раствора от одной из примыкающих поверхностей. Заделка всяких каверн, трещин и щелей в подземных сооружениях или в сооружениях, предназначенных для экоплоатации под давлением воды, обычным цементом, особенно при интенсивном притоке воды, в большинстве случаев изза усадки не является полноценной. В связи с этим большие трудности возникают при гидроизоляции мокнущих (фильтрующих) поверхностей, поскольку наклейка на такие поверхности рулонных изоляционных материалов в мокром состоянии невозможна, а высушивание поверхностей затруднено.

В течение многих десятков лет, с тех пор как была изучена усадка цемента и оценены вредные ее последствия, научная мысль упорно работала над способами устранения усадки или смягчения ее последствий. Однако и до сего времени эта задача оставалась не вполне решенной.

Признавая неустранимость явления усадки бетона, строители искали пути, позволяющие ослабить ее последствия конструктивными мероприятиями, а для придания сооружению водонепроницаемости обращались к специальным материалам.

Многие заграничные фирмы рекламировали различные патентованные порошки, прибавление которых, по их утверждению, существенно снижало величину усадки; однако практика не подтвердила пригодность таких добавок.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.