Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Поведение бетонов в условиях сухого жаркого климата и особенности технологии 10
Глава 2. Разработка теоретических положений о повышении эксплуатационных свойств бетонов в условиях сухого
жаркого климата 34
Глава 3. Исследование свойств бетонных смесей и процесса начального структурообразования в условиях сухого жаркого климата 54
3.1. Исследование воияния состава бетонной смеси и температуры на ее свойства 54
3.2. Определение зависимостей свойств бетонных смесей от главных факторов 70
3.3. Исследование тиксотпропии бетонных смесей на ВНВиТМЦ 83
3.4. Влияние повышенния температуры на жизнеспособность (сохраняемость ) бетонной смеси и ее водопотребность 86
3.5. Исследование расслаиваемости бетонной смеси при повышенной температуре 92
3.6. Особенности формирования структуры бетона в условиях сухого жаркого климата 96
3.6.1. Влияние температуры на процесс раннего структурообразования, структуру и свойства цементного камня 103
3.6.2. Исследование контракции на стадии начального структурообразования бетона 116
3.6.3. Исследование пластической усадки бетона в условиях сухого жаркого климата .129
Выводы по главе 3 136
Глава 4. Исследование структуры и свойств бетонов ... 138
4.1. Структура и свойства бетона, твердеющего в условиях сухого жаркого климата 138
4.2. Исследование стойкости бетона в условиях сухого жаркого климата 145
4.3. Исследование температурно-влажностных деформаций и КЛТР бетонов 146
4.4. Оценка склонности бетонов к растрескиванию... 155
4.5. Разработка критерия оценки трещиностойкости бетонов в условиях сухого жаркого климата 167
4.6. Повышение эффективности мелкозернистых бетон ов.. 175
Выводы по главе 4 196
Глава 5. Гелиотермообработка бетонов 199
5.1. Основы гелиотермообработки сборного железобето на 199
5.2. Пути совершенствования использования солнечной энергии в технологии бетона 210
5.3. Основные понятия гелиопокрытий СВИТАП 221
5.4. Кинетика прогрева и твердение бетона при
гелиотермообработке с применением СВИТАП 231
5.5. Контроль прочности бетона изделий на гелиополигонах 256
5.6. Применение гелиотермообработки бетонов с покрытием СВИТАП 267
5.7. Применение комбинированной гелиотермообработки при разных способах производства изделий 292
Выводы по главе 5 300
Основные выводы 302
Литература 305
Приложения 328
- Исследование воияния состава бетонной смеси и температуры на ее свойства
- Влияние повышенния температуры на жизнеспособность (сохраняемость ) бетонной смеси и ее водопотребность
- Структура и свойства бетона, твердеющего в условиях сухого жаркого климата
- Пути совершенствования использования солнечной энергии в технологии бетона
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. Проблема обеспечения повышенной стойкости и эффективности бетона связана с тем, что в регионах с сухим жарким климатом многие возведенные сооружения разрушаются и выходят из строя ранее расчетного срока эксплуатации, это приводит к значительным затратам.
Решающими факторами разрушения бетона в конструкциях и сооружениях являются циклические действия резкой смены положительной и отрицательной температуры при пониженной влажности.
Решение проблемы создания стойких бетонов в условиях сухого жаркого климата связано с повышением их трещиностойкости путем оптимизации состава и структуры бетона, основанной на зависимостях типа «состав-структура-свойства» и разработки эффективной гелиотехнологии производства изделий и конструкций.
Работа выполнена в соответствии с комплексной программой «Строй-прогресс-2000».
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ. Основная цель диссертации заключается в разработке эффективных бетонов с повышенными эксплуатационными свойствами для условия сухого жаркого климата и оптимальной гелиотехнологии производства сборного железобетона.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- теоретически обосновать возможность формирования необходимой структуры бетона, обеспечивающей повышенную стойкость в условиях сухого жаркого климата;
- разработать эффективные технологии бетонных и железобетонных изделий повышенной стойкости.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Разработаны теоретические положения , обеспечивающие получение эффективных бетонов повышенной стойкости в условиях сухого жаркого климата, базирующиеся на учете КЛТР компонентов , рациональном использовании химических и минеральных добавок, их механохимической активации совместно с цементом, обеспечивающей получение стабильных новообразований при пониженных энергозатратах за счет использования солнечной энергии и экзотермии цемента.
Обоснован критерий ускоренной оценки трещиностойкости бетонов в условиях сухого жаркого климата - коэффициент интенсивности напряжений, который дает возможность производить оперативный контроль структуры и свойств бетонов как в процессе производства, так и в процессе эксплуатации, а также прогнозировать их свойства.
Установлена корреляционная связь коэффициента интенсивности напряжений с прочностными и деформативными свойствами , температурно-влажностными деформациями, дилатометрическим эффектом, циклами попеременного нагревания и охлаждения, замораживания и оттаивания бетонов, твердевших в условиях сухого жаркого климата.
Показано, что для условий сухого жаркого климата рациональным является комплексное использование химических и минеральных добавок при механохимической обработке совместно с цементом , приводящей к снижению резкого обезвоживания бетона, повышению степени гидратации вяжущего, с образованием стабильных низкоосновных гидросиликатов кальция , обеспечивающих лучшее сцепление цементного камня с заполнителем.
Получены многофакторные зависимости реологических и технических свойств, формуемости, расслаеваемости, водопотребности бетонных смесей на основе портландцемента, потрландцемента с добавкой суперпластификатора С-3 и многокомпонентных быстротвердеющих вяжущих от водовяжущего отношения, расхода вяжущего, содержания добавок и температуры твердения смеси.
Установлена зависимость изменения пластической усадки бетона , а также физико-механических свойств от активности и вида вяжущего, заполнителей и добавок, состава бетона, модуля открытой поверхности, масштабного фактора, температурно-влажностных условий твердения.
Установлена зависимость периода формирования структуры цементного камня в бетоне, степени его гидратации, а также степени развития микропористой структуры от температуры твердения. С помощью ДТА и РФА цементного камня бетона, твердевшего при различной температуре , установлено, что повышение температуры среды на ранней стадии твердения не вызвало образование каких либо новых гидратных фаз, однако физическая структура цементного камня , а также его прочность и трещино-стойкость существенно снижаются.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Разработана эффективная гелио-технология с применением СВИТАП и комбинированная гелиотермообра-ботка при агрегатно-поточном, конвейерном и стендовом способах производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций, в том числе и на гелиополигонах.
Разработаны мероприятия по увеличению длительности сезонной эксплуатации гелиополигонов без применения дополнительных и дублирующих источников энергии, заключающиеся в аккумуляции солнечной энергии и основанные на энергетической оптимизации режимов теплового воздействия на бетон с максимальным использованием внутреннего энергетического потенциала - экзотермии цемента.
Разработан способ термообработки бетонных и железобетонных изделий, позволяющий в южных районах страны в течение 5-6 месяцев сохранять суточный оборот форм при отказе от традиционных видов тепловой обработки изделий.
Разработаны способы гелиотермообработки не только плоской формы, но и сложной конфигурации.
Разработаны составы бетонных смесей на многокомпонентных быст-ротвердеющих вяжущих , обеспечивающие получение бетонов с кубико 2Г
вой прочностью 50-60 МПа со стойкостью в условиях сухого жаркого климата 200-250 циклов попеременного нагревания и охлаждения при расходе клинкерной составляющей 180-200 кг на 1 м бетона.
Разработаны составы мелкозернистых бетонов на многокомпонентных быстротвердеющих вяжущих с прочностью 30-35 МПа с показателем трещиностойкости Кс = 2.4 - 2.5 МН/м при расходе клинкерной состав-ляющей 185 - 230 кг на 1 м бетона. Эти бетоны, твердевшие в условиях сухого жаркого климата, набирают в 3-х суточном возрасте 70-80 % требуемой прочности.
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Результаты разработок и исследований использованы в «Методике определения состава мелкозернистых бетонов с использованием техногенных отходов» , в «Методике построения поля изотермических кривых нарастания прочности бетона и расчете прочности по полю», в "Руководстве по применению полимерных пленок для ухода за твердеющим бетоном в условиях сухого жаркого климата", в "Руководстве по производству бетонных работ в условиях сухого жаркого климата", в "Инструкции по производству бетонных работ при изготовлении монолитных и сборных конструкций и изделий в жаркую сухую погоду" ВСН 65.79 - 78, а также внедрены на Наримановском заводе ЖБИ на гелиополигоне мощностью 5 тыс.м3 изделий в год , на гелиополигоне завода ЖБИ №2 г.Ташкенте производительностью 15 тыс.м в год , на Сергелийском заводе строительных конструкций Глав-ташкентстроя внедрено конвейерное производство железобетонных изделий с применением гелиоформ , а также организовано производство изделий сложной конфигурации.
Практика эксплуатации гелиополигонов с применением покрытия СВИТАП показала, что в районах с сухим жарким климатом в течение 5-7 месяцев в году можно полностью отказаться от традиционной тепло влажностной обработки при производстве более 1 млн м в год сборных железобетонных изделий.
Внедрено на заводе ЖБИиК №6 г. Бухара производство железобетонных изделий на основе мелкозернистых бетонов с использованием многокомпонентных вяжущих , получаемых в результате механохимиче-ской активации.
Результаты разработок используются в учебном процессе при подготовке инженеров-строителей-технологов в лекционных курсах , при выполнении курсовых и дипломных проектов.
Инженерные разработки автора защищены авторскими свидетельствами и патентами.
АППРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты, полученные в диссертации были доложены и обсуждена на 1-ом Всесоюзном координационном совещании "Технологии бетонных работ в условиях сухого жаркого климата", Ташкент, 1976, на 2-ом Всесоюзном совещании по проблеме "Технология бетонных работ в условиях сухого жаркого климата", Ашхабад, 1976, на Всесоюзной научно-технической конференции "Теория производства и применение строительных конгломератов в водохозяйственном строительстве",Ташкент, 1985, на Всесоюзной конференции по гидратации и структурообразованию цементов , получаемых на основе отходов промышленности, Чимкент ,1986, на Международной научно-методической конференции "Строительство и образование на рубеже XX и XXI веков", Ашхабад, 1999, на конференции МГСУ и РААСН "Критические технологии" , М, 1998.
Исследование воияния состава бетонной смеси и температуры на ее свойства
Механо-химическая активация цемента отличается от обычного измельчения до такой же или близкой удельной поверхности. Эти различия проявляются в кинетике на ранней стадии гидратации и при последующем гидратационном твердении. Начальные стадии процессов замедляются, а в дальнейшем механо-химически активизированный цемент твердеет более интенсивно. Гидратационное твердение минеральных вяжущих веществ представляет собой результат последовательно протекающих более простых процессов растворения исходных фаз и выделения (кристаллизация из пересыщенных растворов) гидратных новообразований, формирующих в дальнейшем прочную капиллярно-пористую структуру искусственного камня. Следовательно, в зависимости от того, как соотносятся между собой скорости этих процессов. Введение больших доз суперпластификатора С-3 - не менее 2% массы це мекта - трансформирует ход кинетических кривых изменения концентрации и силикатных и кальций-ионов в растворе именно так, как это вытекает из теории для случая быстротвердеющих вяжущих. Это обстоятельство представляется весьма существенным, поскольку суперпластификатор С-3, введенный в большой дозе, в принципе должен был бы замедлить и действительно тормозит стадию растворения и силикатных и алюминий содержащих фаз цементного клинкера. Это можно объяснить двумя обстоятельствами. Во-первых, при механо-химической активации вяжущих в присутствии С-3 возрастает их удельная поверхность и практически исключается слипание (коагуляция) частиц, а, следовательно, растет и скорость их растворения, зависящая от величины их поверхности. Во-вторых, добавка С-3, десорбируясь о поверхности исходной фазы в раствор и адсорбируясь затем на зародышах новых гидратных фаз, более сильно тормозит их рост, чем растворение вяжущего. Процессы гидратации цементов полученные домолом совместно с сухой добавкой суперпластификатора С-3, отличаются от подобных процессов, протекающих после затворения обычных цементных материалов водными растворами ПАВ. Последние при традиционном способе их введения, сорбируются, преимущественно, или даже почти полностью, не на вяжущих, а на термодинамически более устойчивых продуктах их гидратации. При затворении цемента с С-3 водой следует учиты-вать существование на цементе пленок из суперпластификатора С-3 разной толщины и сплошности - в зависимости от дозировки добавки. При этом, наряду о облегчением диспергирования цемента, добавка выполняет и другие важные функции: подавляет агрегацию частиц при их высокой удельной поверхности, обеспечивает стабилизацию вяжущих свойств при хранении, а также служит поставщиком ПАВ при затворении водой.
Таким образом, в известную схему процесса гидратациошюго твердения минеральных вяжущих веществ, предусматривающих их растворение с образованием растворов пересыщенных относительно гидрат-ных фаз, выкристаллизовывание последних и формирование структур твердения для активизованных цементов вносятся дополнения - более медленно протекающая первая стадия (растворение) и модифицирование новообразований в результате адсорбции ПАВ на зародышах кристаллизации, приводящих к образованию стабильных кристаллогидратов и гидратной фазы с высокой степенью полимеризации крем некислородных анионов, устойчивых к перекристаллизации и способных к синтезу высокопрочных соединений.
Механохимическая активация цемента приводит к получению вяжущих низкой водопотребности (ВНВ-100, т.е. бездобавочный цемент) с повышенной в 1,5-2 раза активностью и одновременным снижении их водопотребности на 20-30%. Такие цементы целесообразно применять для получения бетонов марки М-800 и выше при расходе цемента около 300кг на 1 м", а также для беспропарочных бетонов при необходимости получения прочности более 20 МПа уже через 16-20 часов [113].
Для бетонов средних марок использование высокопрочных цементов неэффективно, поэтому были разработаны вяжущие ВНВ различающиеся по содержанию клинкерной части портландцемента и ото-щающей добавки. Например, ВНВ-50 содержит 50% портландцемента и 50% кварцевого песка или другой отощающей добавки [1 13].
Первые опубликованные данные о разработке ВНВ приведены в статье Ю.М. Баженова [114].
Влияние повышенния температуры на жизнеспособность (сохраняемость ) бетонной смеси и ее водопотребность
Исследование тиксотропии бетонных смесей на основе ВНВ и ТМЦ производили по изменению сопротивления выдерживания стержня с шариком из бетонной смеси. Для этого использовали специальный при-бор(рис.3.2.8) Прибор для определения усилия состоит из бункера для дроби (1), заслонки с магнитным управлением (2), потенциометра КСП-1(3) для регистрации показаний перемещения стержня в бетонной смеси, пластмассовго цилиндра объемом 6 литров (4), в верхней и нижней чае-сти которого расположены металлические диски (5,6) и к которым подводится напряжение через латр. Металлическое основание надежно изолированно (7) от виброплощадки (9) , цилиндр и изолирующее основание прикреплены к металлической пластинке(8), которая закрепляется на виброплощадке при помощи магнитного устройства. На раме закреплены горизонтально 2 ролика (10), через которое проходи трос 0 Змм (11). С одного конца к тросу прикрепляется емкость (15), с другого- закрепляется стержень (13) с шариком на конце 050 мм. На трос одета конусообразная втулка (12), с помощью которой производят отключение прибора посредством регулятора (концевика) (14). При начале перемещения стержня в бетонной смеси, одновременно закрывается магнитная заслонка(2) подачи дроби в емкость(15). Для контроля температуры в бетонную смесь используют термометр(іб).
Методика заключается в следующем: перед загрузкой бетонной смеси в цилиндрическую форму (1), в центр цилиндра устанавливают стержень(ІЗ). Центровка стержня осуществляется с помощью направляющей втулки(14). Бетонную смесь загружают в цилиндрическую форму тремя равными слоями с уплотнением каждого 25-ти кратным штыкованием. После заполнения формы объемом 6 дм бетонной смесью, ее закрепляют на виброплощадке (9) с помощью магнитного устройства.
Затем, если необходимо, бетонную смесь нагревают до фиксированной температуры с помощью электроразогрева в течение 2-3 минут. После этого подают дробь в емкость (15) . По мере возрастания нагрузки стержень начинает перемещаться, при этом отключается система подачи дроби в емкость и фиксируется с помощью потенциометра перемещение стержня. Усилие выдергивания стержня определяется по массе дроби в емкости (15). Аналогично определяют перемещение стержня в бетонной смеси и величину усилия выдергивания при виброуплотнении.
Предельное напряжение сдвига условно определяют по формуле:
Где: F- усилие выдергивания, МПа, S- площадь поверхности стержня, равная 78,6 см.
Для характеристики тиксотропных свойств бетонных смесей достаточно определить коэффициент тиксотропии Кт, как отношение усилия выдергивания шарика из предельно уплотненной структуры (У)). К усилию выдергивания шарика из предельно разрушенной структуры (Уг), возникающей при длительной вибрации.
Температура в меньшей мере влияет на изменение подвижности бетонных смесей на ВНВ и ТМЦ по сравнению с бетонными смесями на портландцементе.
Допустимое время воздерживания бетонных смесей до укладки и эффективность механических воздействий, улучшающих свойства бето 4 на, зависят от способности смесей сохранять начальную удобоуклады ваемость. В настоящее время четкие критерии сохраняемости смеси от сутствуют. Изложенное в работе (126) предложение оценивать их по длительности периода формирования структуры не увязано со стандартными свойствами смеси, отсутствует методика и в рекомендациях[127].
В связи с этим сохраняемости бетонных смесей осуществлялось по специальной установке. Приготовленная бетонная смесь перегружалась в специальный цилиндр, в котором поддерживалась фиксированная температура 25 ,35, 45 С при относительной влажности наружного воздуха 45-60%. Удобоукладываемость бетонной смеси в течении 2-Зх часов определялась через каждые 15 мин, а затем через каждые 0,5 ч (рис. 3.4.1). Установлено , что при начальной удобоукладываемости соответственно ( ОК= 10см), бетонные смеси на ВНВ-50 с расходом вяжущего 350 кг/м сохраняют удобоукладываемость в течение от 1,5 до 1,75 часов. За это время бетонная смесь на основе ВНВ-50 снижает показатель удобоукладываемости на 30%. Такому же снижению (30%) соответствует выдерживание бетонной смеси на основе ПІД в течение 45 минут с одинаковым начальным показателем ОК.
Исследовалась сохраняемость бетонных смесей при их выдерживании в открытых поддонах при относительной влажности 60-70% и температуре 25, 35 и 45 С, а также при постоянном виброперемешивании. Оценка удобоукладываемости, определяемая по величине осадки конуса и методом истечения производилась непосредственно после приготовления и выгрузки смеси, т.е. без дополнительного выдерживания и последующего перемешивания, и далее через определеные промежутки времени при выдерживании в соответствующих фиксированных повышенных температурных условиях.
Структура и свойства бетона, твердеющего в условиях сухого жаркого климата
Поскольку пластическая усадка бетона в жаркую и сухую погоду один из основных физических деструктивных процессов, значительно нарушающих формирующуюся структуру бетона, большой интерес представляет выявление основных закономерностей ее развития в зависимости от различных факторов. Было изучено влияние вида цемента, заполнителя и добавок, состава бетона, модуля открытой поверхности, масштабного и других наследственных факторов, а также температурно v влажностных условий твердения, параметров ухода и ряда других факторов на величину и характер развития пластической усадки. Эксперименты выполнялись в естественных условиях. Было установлено, что максимальная пластическая усадка бетона составляет 3,1-3,2 мм/м, растворной части данного бетона - 9,1-9,3 мм/м а цементного теста - 12,5-12,7 мм/м. Время, в течение которого пластическая усадка достигает указанных величин для цементного теста составляет 3,0-3,5 ч, для раствора - 2,5-3,0 ч, а для бетона - 1,5-2 ч с момента укладки. При этом максимальная скорость развития пластической усадки у цементного теста, раствора и бетона находилась в пределах 4,0-6,0 мм/(м-ч).
Далее рассматривается влияние различных факторов на пластиче v скую усадку бетона. Пластическая усадка бетона зависит от В/Ц и консистенции бетонной смеси. Так, у бетонов составов 1, 3, 5 с разными В/Ц но с одинаковой подвижностью смеси (ОК = 2-3 см) максимальное значение пластической усадки заметно возрастает со снижением В/Ц ц составляет 2,3 мм/м при В/Ц = 0,75; 3,1 мм/м при В/Ц =0,55 и 4,6 мм/м о при В/Ц = 0,35. Обратно пропорциональная зависимость максимальной величины пластической усадки от В/Ц при постоянном расходе воды и одинаковой консистенции смеси объясняется, главным образом, изменением количества цементного теста в бетоне. При больших значениях В/Ц (В = const) количество цементного теста в бетоне уменьшается что уменьшает пластическую усадку, (рис. 3.6.13)
К изменению величины пластической усадки бетонов приводит также применение разноподвижных бетонных смесей. При постоянном В/Ц она снижается по мере повышения жесткости бетонной смеси. Однако это уменьшение усадочных деформаций при изменении консистенции смеси проявляется в значительно меньшей степени, чем при изменении В/Ц.
Таким образом, целью уменьшения пластической усадки при производстве остонных работ предпочтение следует отдавать бетонным смесям с минимально допустимой подвижностью.
Исследование влияния крупного заполнителя в бетоне показало, что с увеличением содержания цементного теста, с уменьшением количества и размера крупного заполнителя в бетоне максимальное значение его пластической усадки возрастает, однако пересыщение бетона щебнем или гравием, так же, как и применение заполнителя повышенной крупности, увеличивает степень стеснения деформаций пластической усадки и возникающие при этом растягивающие напряжения и, соответственно, количество дефектов в структуре твердеющего бетона.
Влияние вида цемента изучалось на трех цементах марки 400: портландцементе Ахангаранского цементного завода, шлакопортландцементе (45% шлака) Карагандинского завода и пуццолановом портландцементе (с добавкой глиежа) Ахангаранского завода, имеющих удельные поверхности от 2850 до 3140 см2/г. На этих цементах приготовляли бетоны с В/Ц = 0,35; 0,55 и 0,75. Эксперименты показали, что характер развития пластической усадки на всех трех цементах у бетонов с В/Ц = 0,35; 0,55 и 0.75 был аналогичен, а максимальные значения деформаций у бетонов на шлакопортландцементе были на 0,1-0,2 мм/м и на пуццолановом портландцементе на 0,2-0,3 мм/м меньше, чем у бетонов на портландцементе.
Активность цемента сказывается на величину пластической усадки цементного теста, однако ее влияние на бетон незначительно.
При изучении пластической усадки бетона с различными химическими добавками применяли портландцемент Ахангаранского завода марки 400, кварцевый песок с Мкр = 2,05 и гранитный щебень фракции 5—20 мм. Использовали следующие поверхностно-активные добавки: пластифицирующие (СДБ и суперпластификатор С-3), пластифицирую-ще-воздухововлекающие (ВЛХК) и воздухововлекающие (СНВ).
Кроме того, применяли комплексную добавку (С-3) + СНВ. Все эти добавки рекомендованы СНиП Ш 15-76 и Руководством [ 124] при бетонировании в жаркую и сухую погоду для устранения осложнений, вносимых ею в технологию бетонных работ, а также для устранения отрицательных последствий воздействия климатических условий на свойства затвердевшего бетона конструкций и сооружений. При введении добавок В/Ц и подвижность бетонных смесей остались практически одинаковыми.
Было установлено, что максимальная пластическая усадка бетона с добавками СДБ, С-3 и (С-3) + СНВ оказалась, примерно, на 15-25% ниже, чем .у бетона без добавок, что объясняется равным образом меньшим количеством цементного теста.
Пути совершенствования использования солнечной энергии в технологии бетона
Известно, что для зрелого бетона усадочные деформации, которые происходят в условиях влагоотдачи в процессе его эксплуатации — одна из основных причин появления внутренних структурных напряжений, вызывающих развитие микро- и макротрещин, ухудшающих строительно-технические свойства и долговечность бетона. Исследованию влияния влажностной усадки на напряжения, развивающиеся в бетоне, а также механизма микро- и макротрещинообразования посвящено большое количество работ [159, 160, 161, 162, 163].
В ряде исследований неоднократно отмечалось, что начальные изменения объема должны рассматриваться как деформации, порождающие напряжения, отрицательно влияющие на формирующуюся структуру бетона [164, 165, 166, 167].
П.А.Ребиндер и Е.Е.Сегалова [165], К.Н.Аврам и др. [168] подчеркивали, что с момента начала схватывания развитие начальной усадки раствора, достигающей в первые 4-5 ч 1-5 мм/м, осложняется присутствием кристаллического сростка, ростом кристаллов С3АН6 и Са(ОН)2 и наличием непрогидратированных зерен цемента, а у бетонов — заполнителей. В результате в растворе возникают значительные напряжения, отрицательно влияющие на формирование его структуры и свойств. Работы М. С. Острикова, Г. Д. Диброва и их сотрудников [169, 170], Н.В.Чураева [171] и др., выполненные с различными капиллярно-пористыми телами, показали, что в начальной стадии обезвоживания этих материалов появляются и действуют силы капиллярной контракции сначала на поверхности микроменисков, в устьях микротрещин, микро-пор, а затем на поверхности мельчайших водных перемычек между структурными элементами каркаса. Они вызывают механическое стягивающее действие за счет сил поверхностного натяжения на вогнутых микроменисках, действующее по линии раздела трех фаз. Сложное ч взаимодействие капиллярных сил с формирующимся и приобретающим прочность структурным каркасом вызывает в образцах усадочные напряжения, которые возрастают по мере высыхания материала.
В начальный период твердения бетона в условиях интенсивного обезвоживания образование дефектов и микротрещин возможно, начиная с микроуровней, вследствие взаимодействия кристаллического сростка и геля при усадке последнего, а также действия капиллярных сил в твердеющем цементном камне.
В макроуровнях бетона нарушение структуры — это результат сдерживающего действия заполнителей по отношению к усадке цементного теста и различия объемных деформаций цементного теста и вклю-v чений в виде непрореагировавших зерен клинкера, песка, крупного заполнителя и т.д. В отдельных элементах конструкций макротрещины возникают из-за неравномерности развития объемных деформаций в слоях бетона, разноудаленных от его поверхности, а также из-за условий, препятствующих протеканию свободных деформаций бетона при усадке.
X. Вериг и др. [172, 173] показали, что с точки зрения образования микро- и макротрещин из всех периодов жизни бетона наиболее опасным является ранний, несмотря на значительную способность молодого бетона релаксировать появляющиеся напряжения. Показано, что именно в период, наступающий через 1—2 ч после укладки смеси и продол-ч жающийся несколько часов, наблюдается не только максимальный экстремум деформаций свободной усадки бетона (до 3—4 мм/м), но и минимальный экстремум относительного растяжения бетона при разрыве (определенный этими авторами по специальной методике), достигаю щий 0,05 мм/м. Значит, в этот отрезок времени, характеризующийся низкой прочностью и минимальной способностью бетона к формоизменению, происходят максимальные деформации свободной усадки. Это позволяет сделать вывод, что нереализованные усадочные деформации в начальный период твердения бетона могут вызвать появление объемно-напряженного состояния материала, приводящего к нарушению его структуры и ухудшению свойств.
В настоящем разделе приводятся результаты определения влияния физических процессов (и в первую очередь, пластической усадки) на формирование структуры и основные физико-механические свойства бетона в зависимости от различных факторов.
Эксперименты проводились в естественных условиях с учетом температуры воздуха ((), его относительной влажности (ср), скорости ветра (V) и выполнялись на тяжелых бетонах с ВЦ = 0,35; 0,55 и 0,75, приготовленных на портландцементе Ахангаранского завода марок 300 и 400, Кую-Мазарском гравии различных фракций и джуминском кварцевом песке с Мкр = 3,4. Деформации бетона изучали на призмах размером 10x10x30 см, причем начальную усадку измеряли через 15—20 мин после изготовления образцов, а последующую — после суточного твердения. Основные свойства бетонов определяли по стандартным и общепринятым методикам, при этом прочность бетона на сжатие, потери воды затворения и морозостойкость определялись на кубах размером 10x10x10 см, прочность на растяжение при изгибе - на призмах размером 10x10x40 см, водонепроницаемость - на цилиндрах d = 15 см и /? = 15 см.
