WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |

УСАДКА ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ И БЕТОНА ПРИ ВЫСЫХАНИИ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

ENGLISH VERSION

 http://dh.ufacom.ru/Articleshrinkage.html

К.т.н. Ильдар Каримов

Адрес для контакта: 450071, Россия, г.Уфа, а/я 21, Башкирский государственный аграрный университет, Кафедра теоретической и прикладной механики, Телефон/факс: (3472) 308138, Email: ikar@ufa.ru

  

Данный литературный обзор освещает современные представления об усадочных деформациях бетонов.

  В бетоне трещинообразование может происходить в результате усадочных деформаций. Оно может быть вызвано по [12] четырьмя видами усадки цементного теста: седиментацией, первичной, вторичной и длительной усадкой. На седиментацию влияют продолжительность вибрирования бетона при укладке; размер слоев бетона между арматурой; замедленное схватывание, вызванное низкой температурой и добавкой замедлителей; нестойкость суспензии цемента в связи с отсутствием в нем весьма мелкой фракции; чрезмерным количеством воды; присутствием добавок. Первичная усадка зависит от продолжительности схватывания, интенсивности испарения влаги, интенсивности снижения влажности в результате гидратации. Вторичная усадка зависит от содержания в бетоне алюминатов, щелочей гипса, тонкости помола цемента. Длительная усадка происходит тем интенсивнее, чем быстрее происходит испарение влаги из бетона.

Согласно авторам [20] максимальные усадочные деформации для цементного теста наблюдаются в период 610 часов после затворения и достигают величины (Dl/l) ~ 19Ч104, для раствора после 6 ч твердения их величина составляет (59)Ч104, а для бетона через 615 ч ~ 6Ч104.

Пока еще нет общепринятой точки зрения на причины деформаций, возникающих в цементном камне и, следовательно, в бетоне при их высыхании. Н.А.Мощанский, З.Н.Цилосани, А.Е.Шейкин, Е.Фрейсине, Г.Калоусек, Д. Бернал, Р.Лермит, В.Чернин и другие по разному объясняют причины рассматриваемых деформаций.

Усадочные деформации, по Е.Фрейсине, возникают под действием капиллярных сил и приводят к всестороннему обжатию структурных элементов цементного камня. Его деформации являются суммарным выражением упругой деформации структуры, постепенного возникновения и развития микротрещин, вязкого течения структуры.

По [24] наибольшее влияние на усадку оказывает наличие в бетоне микропор диаметром 0,0115 мкм, связанное с возникновением в таких порах капиллярного давления. Увеличение содержания в мелком заполнителе пылевидных фракций (крупностью Ј0,063 мм) приводит к увеличению содержания капиллярных микропор.

Авторы [25] считают, что при одинаковой прочности бетона усадка зависит от количества испарившейся и остаточной влаги. Учитывая, что остаточная влага при j =50% и 200С находится в порах с радиусом <16 А, усадка бетона зависит, в первую очередь от содержания наиболее мелких пор в бетоне.

Л.А.Малининой [6] была измерена величина капиллярного давления и кинетика процесса усадки. Капиллярная контракция в бетоне и цементном тесте при наличии внешнего массообмена со средой быстро растет в первые сутки твердения. В дальнейшем отрицательное капиллярное давление продолжает расти, но интенсивность роста резко замедляется. Согласно Л.А.Малининой [6] величина отрицательного капиллярного давления находится в прямой зависимости от капиллярнопористой структуры твердеющих бетона и цементного теста. У бетона, имеющего более крупные поры в процессе твердения, капиллярное давление имеет меньшую величину. Размеры пор зависят от ряда исходных технологических факторов таких, как: вид бетона, водоцементное отношение, подвижность, тонкость помола цемента, крупность заполнителя, степень уплотнения и т.д., которые обуславливают начальный уровень размеров пор и капилляров. При последующем твердении в результате гидратации цемента происходит процесс интенсивного образования более тонкопористой структуры бетона. При этом, на формирование капиллярнопористой структуры будут оказывать влияние процессы внешнего массообмена бетона, интенсивность протекания которых зависит от температуры и относительной влажности окружающей среды.

Образовавшееся отрицательное капиллярное давление производит всестороннее сжатие, вызывая значительную усадку свежеотформованного бетона. Так как величина капиллярного давления зависит от размеров пор, то чем более тонкопористая структура у бетона, тем выше отрицательное капиллярное давление и тем сильнее производится всестороннее сжатие, вызывающее большую усадку свежеотформованного бетона.



Авторами [13] показано, что для цементного камня при высушивании водонасыщенных образцов критическое и медианное значение коэффициента интенсивности напряжений повышаются и достигают максимума при влажности 32%. В диапазоне от 32 до 11% значения этих коэффициентов падают, а затем вновь возрастают. Полученные данные свидетельствуют о влиянии капиллярных сил при высыхании цементного камня на процессы трещинообразования.

Авторами [18] исследованы кинетика усадочных явлений при высыхании твердеющего цементного камня и их взаимосвязь с изменениями его структуры. Из цементного теста с В/Ц=0,40,6 формовали образцы, выдерживали формы в течение 24 ч в герметичных вращающихся со скоростью 10 об/мин контейнерах, далее извлеченные из форм образцы хранили 165 сут в насыщенном известковом водном растворе при температуре 20± 30С, выпиливали из образцов пластины толщиной 2,3 мм и длиной 76 мм, которые выдерживали перед анализами в течение 30 мин70 сут при температуре 240С и относительной влажности 75,50,11 и 0%. Установлено, что градиент влажности и длительность сушки не оказывают значительного влияния на интегральную равновесную усадку тонких образцов цементного камня. Градиентом влажности преимущественно определяется скорость сушки и усадки, при этом при влажности 11 и 0% равновесное состояние образцов наступило соответственно уже через 7 и 14 сут, а при влажности >50% для этого потребовалось >200 сут. В основе механизма усадки лежат два явления: изменение поверхностной свободной энергии (по ГиббсуБингаму) и капиллярная конденсация, причем последнее наиболее активно проявляется при влажности >25%.

Усадка всегда вызывает возникновение напряженного состояния в бетоне. Правильно подобранным составом бетона по количеству цементного клея, крупного заполнителя с его деформативными свойствами и фракционным составом и т.д. можно уменьшить напряжения в бетоне от усадки. Однако и в этом случае бетон может получить значительные нарушения в результате внешнего массообмена бетона со средой. Испарение влаги на ранней стадии интенсифицирует развитие сжимающих капиллярных сил, вызывающих значительную усадку бетона, находящегося в пластическом состоянии. Интенсивное испарение влаги вызывает неравномерное ее распределение по сечению изделия, что способствует развитию неравномерной усадки, возникновению напряженного состояния и нарушению бетона.

Для того, чтобы усадка была одинаковой во всем объеме, необходимо равномерное распределение влаги в бетоне по сечению изделия с небольшими влажностными градиентами. Такое распределение влаги будет зависеть как от внешних условий твердения (температура и влажность), так и внутренних, определяемых капиллярнопористой структурой бетона. В этом случае усадка может сыграть положительную роль уплотнения бетона, находящегося в пластическом состоянии.

А.Е.Шейкин [8] выдвинул теорию физической природы усадки, зависящей от соотношения кристаллических и гелевых новообразований в цементном камне. В период схватывания усадка пропорциональна потере свободной воды. Одновременно происходит отсос свободной воды в зону гидратации, что вызывает дополнительную усадку контракцию. Последующая усадка объясняется потерей субмикрокристаллами пленочной воды. При относительной влажности менее 60% будет удаляться адсорбционно связанная вода из геля цементного камня. Усадка будет зависеть от объема геля в единице объема цементного камня и влагосодержания геля.

По мнению В.Чернина, вандерваальсовы силы, адсорбционно удерживающие воду в гелевых порах, освобождаются при ее испарении и вызывают усадку цементного камня. Причиной же его усадки на конечной стадии высыхания является испарение воды из кристаллов гидросиликатов кальция так как некоторые из них, обладая слоистой кристаллической решеткой, способны отдавать и принимать определенное количество воды, заключенной между слоями решетки, что сопровождается соответствующими изменениями расстояний между слоями.





Для объяснения природы усадки полезны данные, приведенные в работе [5], о том, что в фазе CSH катионы Са2+ являются главными центрами адсорбции для молекул воды, а непрерывный рост усадки цементного камня с уменьшением его влажности это результат сжатия и сближения слоев CSH. Сжатие слоистых кристаллов CSH объясняется сокращением длины межслоевых связей ОСаО вследствие десорбции молекул воды с межслоевых катионов Са2+, а также ухода молекул воды из координационных сфер поверхностных катионов Са2+. Таким образом, усадка вызывается уходом межслоевой, поверхностной и межкристаллической воды из микропор (< 15 ) и воды из капилляров (15 > r < 1000 ).

По мнению авторов [19], усадка бетона вызывается главным образом изменением поверхностного натяжения твердой фазы в порах размером 410 А (при относительной влажности w=040%); давлением физической адсорбированной воды в порах 410 А (при w=040%); изменением поверхностного натяжения конденсированной воды в гелевых порах 10100 А и в капиллярных порах 1001000 А (при w=4080%) и гидростатическим давлением пластической деформации в порах 101000 А (w=4098%).

Авторы [15] считают, что движущей силой усадки являются капиллярные силы и силы, возникающие при удалении межслоевой воды из гидросиликатов кальция. Часть усадки обратима (расширение при увлажнении), а другая часть является необратимой, между этими видами усадки и пористостью цементного камня имеется прямолинейная связь. Усадка при высыхании интенсивно происходит в первые 10 ч, причем чем больше срок предварительной выдержки перед высыханием, тем ниже усадка. Показано, что усадка цементного камня с В/Ц=0,3 при относительной влажности 35, 50 и 70% через 20 ч составляет соответственно 0,33, 0,25 и 0,09%.

Авторы [16] также подтверждают, что механизм усадки цементного камня при высыхании объясняется с помощью теории капиллярных сил, согласно которой усадочные деформации цементного камня вызываются капиллярными силами, обусловленными поверхностным натяжением воды, конденсированной в мелких порах цементной пасты. В связи с этим снижение усадки при высыхании цементного камня может быть достигнуто за счет снижения поверхностного натяжения воды.

Авторами [23] установлено, что величины капиллярной пористости и усадки в области значений последней до 0,1% (или относительной влажности при сушке і 55%) находится в прямопропорциональной зависимости; это свидетельствует о том, что в этих пределах усадка происходит за счет возникающих в капиллярных порах напряжений при удалении из них влаги. В нелинейной области усадка происходит вследствие одновременного удаления воды из пор, находящихся в гелевидных продуктах гидратации, и из межслоевых промежутков кристаллических фаз CSH и моносульфогидрата. Изменения, происходящие при сушке затвердевшего строительного раствора, зависят от состава, морфологии и степени кристаллизации содержащихся в нем гидратов и структуры пор цементного камня.

По В.Н.Выровому [3] образование кластерных структур на начальных этапах структурообразования цементных композиций как высококонцентрированных дисперсных систем приводит к анизотропии начальных усадочных деформаций. Появление трещин полностью изменяет распределение усадочных деформаций в бетоне. На берегах трещин развиваются разнонаправленные усадочные деформации. Поэтому в образцах с трещинами “снижается” интегральная усадка x. Для обьективной оценки влияния технологических факторов на величину усадки необходимо обнаружить “видимые” трещины и ширину их раскрытия, где n количество трещин, расположенных перпендикулярно оси, вдоль которой определяется усадка. Величину усадки образца с трещинами можно определить из выражения:

(1) По П.Г.Комохову [4] в результате расклинивающего действия молекул воды у вершины микротрещин создается поле напряжений, которое может складываться по принципу суперпозиции с полем напряжений, вызванным неоднородностью бетона. Результирующие напряжения приводят к усадочным деформациям цементного камня.

И.Н.Ахвердовым [1] приведено выражение относительной объемной деформации цементного камня:

Pages:     || 2 | 3 |










© 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.