книги из ГПНТБ / Руководство по новым методам исследования морфологических и влагоемкостных характеристик бетона и других пористых материалов. Р 165-74

ВВЕДЕНИЕ

Бетон занимает ведущее место среди современных строитель­ ных материалов. Бетон представляет собой капиллярно-пористое тело. В его порах всегда имеется влага в различных формах свя­ зи. В настоящее время еще не созданы достоверные методы члене­ ния влаги по формам связи, что не позволяет прогнозировать влияние влаги на различные свойства бетона.

Бетон - сложный материал, свойства его зависят не только от составляющих его компонентов, но также и от строения, опре­ деляемого технологией изготовления.

За последнее время в строительную практику внедряют все большее количество новых видов бетонов, что позволяет улучшить эксплуатационные и экономические показатели.

Для прогнозирования свойств, долговечности и надежности бетона необходимы достоверные сведения о его структуре. Одна­ ко применяемые методы не позволяют получить достаточно полную и надежную информацию о структуре бетона, особенно цементного камня и зоны его контакта с заполнителями, а имеющиеся в ли­

3

На протяжении ряда лет i лаборатории технологии строитель­ ных конструкций ВНИИСТа проводили разработки методов исследова­ ния морфологических и влаг®емкостных характеристик твердеющего цементного камня, строительного раствора и бетона [4,5,6^ .

В настоящем Руководстве изложены предложенные в результа­ те этих разработок новые методы исследования, позволяющие по - лучить более полную и подробную информацию о форме порового пространства бетона и распределения там влаги, что открывает возможность дальнейшего совершенствования технологии производ­ ства, повышения долговечности и надежности бетона в суровых ус­ ловиях эксплуатации в северных районах.

I. РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ

I . I . ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1 .1 .1 . Под. порами подразумевают пространства между элемен­ тами твердого тела, которые могут быть заполнены физически свя­ занной (испаряющейся)влагой.

1 .1 .2 . Применительно к структуре бетона целесообразно клас­ сифицировать поры по размерам и по происхождению (генезису).

В табл,1 приведена классификация пор по размерам. За основу этой классификации принято различие в механизмах накопления влаги. В табл.2 приведена классификация пор по генезису.

4

Классификация пор по генезису заимствована из работ Ф.М.Иванова, Н.А.Иощанского, Ю.А.Нилендора.

1 .1 .3 . Под удельной поверхностью подразумевается поверх - ность, которую занимают молекулы адсорбированной воды при пол­

Величину удельной поверхности можно определить по известной

влагоемкость определяют по влагосодержанию при сорбции до рав­ новесия в среде насыщеннбго паром воздуха. Микрокапиллярное пространство заполняется влагой по механизму капиллярной конден­ сации, поэтому микрокапиллярнух влагоемкость определяют из сорбционной влагоемкости за вычетом адсорбционной составляющей.

5

Вследствие четочного характера капилляров цементного камня в процессе сорбции равновесие контролируют радиусами горл ка - пилляров, а в процессе десорбции - радиусами наиболее широких частей капилляров, поэтому в равновесном состоянии при одина - ковой относительной влажности среды влажность бетона при сорб­ ции всегда ниже,чем при десорбции.

1 .2 . МОРФОЛОГИЯ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА ЦЕМЕНТНОГО ТЕСТА

1 .2 Л . Большую часть объема бетона занимают заполнители и меньшую - цементный камень, склеивающий всю систему в единый монолит. Тем не менее основные свойства бетона и его долговеч­ ность во многом определяются цементным камнем.

1 .2 .2 . Теоретические исследования морфологии порового про­ странства цементного камня выполнены на предложенной С.Ф. Буг - римом [А]гг[б] упрощенной'физической модели. Согласно этой моде­ ли тесто представляет собой регулярную пространственную сетку взаимно опирающихся зерен цемента, между зернами которого раз - мешается вода затворения. Хотя зерна контактируют одно с другим через сольватные оболочки, однако, учитывая, что их толщина на 3-4 порядка меньше размера зерен цемента, при расчете геометрии размещения толщину сольватных слоев можно не учитывать.

Взаимно опираясь, зерна образуют пространственные упаковки, характеризующиеся числом контактов с соседями (координационным числом К) в соответствии с водоцементным отношением.

Поры теста (пространства между зернами цемента) также об­ разуют регулярную пространственную сетку с наличием расширений, сужений (горл), а также клиновидных манжетов в местах контакта

ссоседними зернами.

1.2 .3 . Для упрощения расчетов принято, что зерна цемента модельного теста монодисперсны и имеют форму шара с радиусом, соответствующим среднестатическому радиусу зерен реального це­ мента.

В табд.З приведены характеристики упаковок сферических тел,по данным Л.В.Радушкевича, А.Н.Корнаухова [7] .

6

Таблица 3

j Характеристика для различных упаковок

1 .2 Л . Основные характеристики цементного теста:

плотность теста, г/см 3

средний радиус вписанного в капиллярную пору шара, мк

8

с наличием расширений и горл. В составе капиллярных пор целесо­ образно рассматривать микрокапиллярное пространство, размещаю­

гранецентрированная упаковка с К = 8 достигается при В/Д=0,15. Такое тесто получить чрезвычайно трудно. Простая кубическая упаковка (К = 6 и В/Ц = 0 ,3 ) и наиболее рыхлая тетраэдрическая упаковке ( К = 4 и В/Ц = 0,62) находятся в рабочем диапазоне водоцементных отношений.

Более рыхлая упаковка, чем тетраэдрическая, в физике не известна. Очевидно, что водоцементное отношение тетраэдриче - ской упаковки соответствует предельной водоудерживающей способ­

ровки зерен в более плотные упаковки под давлением вышележащих

Э

Гидратация зерен цемента начинается с поверхности, постепенно распространяясь вглубь. Основная масса новообразований отклады­ вается на материнских зернах. Лишь небольшая часть крупнокрис - таллических разностей (например Са{0 Н) 2 ) в результате относи - тельно более высокой растворимости и пересыщения может отклады­

сохраняется координационное число и расстояние между центрами зерен, а избыток объема новообразований размещается в капилляр­

связывающейся воды для различных цементов колеблется в пределах от 0,22 до 0,28, в среднем &х = 0,25 от массы прогидратировавшегося цемента (Цг ).

Кроме того, для обеспечения переноса продуктов гидратации к месту отложения необходимо заполнение пор цемента геля влагой

10