Ограждения лестниц
Ограждения лестниц из нержавеющей стали
     
 
Навигация
 
Объявления

 
 
Бетон Строение бетонов и их структура
Строение бетонов и их структура

Бетон - сложный по структуре каменный материал конгломератного строения, состоящий в основном из зерен и кусков заполнителя, сцементированных в монолит цементным камнем, распределенным тонким слоем по поверхности зерен и в межзерновом пространстве. Отличительной чертой даже относительно плотного бетона на заполнителях из плотных пород является его капиллярно-пористая структура.

Таким образом, можно считать, что структура бетона слагается из трех основных структурных составляющих: массы зёрен и кусков заполнителя разных размеров, формы и с неодинаковыми подчас характеристиками плотности, прочности и упругих свойств, из цементирующего вещества и из системы макро- и микрокапилляров, а также крупных пор и неплотностей. Поры эти заполнены воздухом, водяным паром и водой в соотношениях, зависящих от гигрометрического состояния бетона.

Физико-механические и другие строительно-технические свойства бетонов определяются свойствами его структурных составляющих и в значительной степени строением бетона. Важным с точки зрения его свойств являются характер контактных зон между зернами заполнителя и цементным камнем, а также удельная площадь этих контактов.

Под строением бетона, или характером сложения конгломерата, понимают количественное относительное содержание отдельных структурных составляющих, а также характер их распределения в каждом данном объеме бетона. Свойственные данному виду бетона строение и структура являются результатом не только состава бетона и характеристик исходных материалов, но и технологической обработки исходных материалов, бетонной смеси и последующего ухода за твердеющим бетоном. Изменяя в необходимом направлений характеристики структурных составляющих и строение бетона в целом, можно изменять в широком диапазоне свойства бетонов, приготовленных из одних и тех же материалов.

Основой изучения свойств бетонов различных видов должно явиться исследование их строения и структуры. Наиболее типичными широко применяемыми в конструкциях и изделиях являются бетоны слитного строения, в которых относительно плотно и достаточно равномерно размещены зерна крупного и мелкого заполнителей цементирующее их вещество-цементный камень, а также присутствует небольшое количество вовлеченного воздуха. Бетоны слитного строения могут готовиться с целью понижения объемного веса и улучшения теплоизоляционных свойств с той или иной степенью искусственной поризации, создаваемой применением вместо плотных и тяжелых заполнителей пористых и легких, либо поризованного цементного теста или раствора в бетонной смеси путем вовлечения повышенного количества воздуха или газа в смесь.

Различают также бетоны ячеистого строения и относительно реже применяемые бетоны крупнопористого строения. Бетоны ячеистого строения, не имеющие в своем составе крупного и, как правило, мелкого заполнителя, характеризуются наличием большого количества мелких замкнутых воздушных ячеек, занимающих значительную часть по объему бетона и образующихся в результате вовлечения воздуха при приготовлении смеси либо искусственного газообразования в уже готовой смеси. Бетоны крупнопористого строения характеризуются большим объемом межзерновых пустот, создаваемым в результате полного или частичного вытеснения песка из смеси заполнителей при ограниченном содержании в смеси цементного теста, вследствие чего объем цементного теста и раствора недостаточен для заполнения всех межзерновых пустот.

В качестве рабочей модели бетона слитного строения, на основе которой, производится расчет и подбор состава, а также описываются те или иные зависимости в формировании свойств бетона и бетонной смеси, обычно принимают систему, состоящую из смеси зерен и кусков мелкого и крупного заполнителя, сцементированных цементным камнем, покрывающим достаточно тонким слоем все поверхности зерен и заполняющим пустоты между ними (не считая объема, занимаемого воздушной или паровоздушной фазой). В такой модели фигурируют два основных компонента бетона: смесь крупного заполнителя с песком и цементирующее вещество. Каждый из этих компонентов является в свою очередь достаточно сложным по составу и свойствам. В ряде случаев за рабочую модель бетона слитного строения принимают также двухкомпонентную систему в виде растворной составляющей), - смесь вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя (песка), - в среде которой размещены с той или иной степенью концентрации зерна и куски крупного заполнителя,

Бетоны слитного строения могут различаться по степени концентрации заполнителя или, что то же, по относительному содержанию цементного камня в объеме бетона. Как правило, следует стремиться к тому, чтобы концентрация заполнителей в бетоне была достаточно высокой, а избыточное содержание цементного теста (расход цемента) сверх необходимого для обеспечения плотного строения бетона было бы минимальным: это достигается применением жестких бетонных смесей.

Строение бетона на основе жестких смесей может быть представлено в виде непрерывного каркаса из крупных зерен заполнителя, сцементированных в местах контакта зерен цементным камнем; пустоты в этом каркасе заполнены отвердевшим цементным раствором. Такие бетоны характеризуются "контактным" размещением зерен и кусков крупного заполнителя. Повышенная концентрация в бетоне крупного заполнителя из прочных и плотных каменных пород способствует увеличению прочности бетона на сжатие при неизменной прочности его цементного камня.

Строение бетона на основе подвижных и пластичных бетонных смесей вследствие повышенного содержания цементного камня и растворной составляющей можно представить как непрерывную решетку, образованную цементным камнем или отвердевшим раствором, все пустоты в которой заполнены относительно равномерно распределенными в объеме бетона зернами и кусками крупного заполнителя. Такие бетоны характеризуются так называемым "плавающим" размещением заполнителей. В этом случае применение заполнителя даже весьма прочных каменных пород не приводит к повышению прочности бетона, обусловленной прочностью его растворной составляющей.

Отличительной особенностью бетона как материала конгломератного строения является неоднородность его структуры, неоднородность физико-механических и упругих свойств материалов, используемых а качестве заполнителей, и отчасти самого цементного камня. Все это является причиной возникновения внутренних напряжений в бетоне и нарушения его сплошности в результате образования микротрещин под влиянием этих напряжений. Внутренние напряжения возникают в процессе формирования структуры в результате изменения влажностного состояния, температуры бетона, а также развития усадочных деформаций. При этом на границе раздела фаз создается значительная концентрация напряжений. В случае, если величина этих напряжений превысит предел прочности бетона на растяжение, в нем возникает сеть микротрещин. При благоприятных условиях последующего твердения с оптимальной влажностью среды происходит самозалечивание многих из этих микротрещин и восстановление нарушенной монолитности структуры. Однако наличие таких микротрещин в бетоне следует считать почти неизбежным и рассматривать их как дефекты в структуре бетона, снижающие его долговечность и прочностные характеристики. Такие дефекты структуры нежелательны при последующих повышенных нагрузках (особенно динамических), при многократном циклическом замораживании и оттаивании, многократном увлажнении и высыхании. Несмотря на это бетон принято считать условно однородным телом исходя из статистической оценки этого качества материала. Для получения фактических характеристик качества бетона, например, показателя его прочности, необходимо готовить и испытывать образцы достаточно крупных размеров, в несколько раз превышающих наибольшую крупность примененного заполнителя.

Плотность и пористость бетона относятся к его важнейшим структурным характеристикам, определяющим основные строительно-технические и эксплуатационные свойства, как, например: прочность, долговечность (морозостойкость, стойкость по отношению к химической коррозии, водо- и газонепроницаемость, тепло- и звукопроводность, а также его объемный вес. Для большинства несущих железобетонных конструкций, особенно работающих в сложных условиях физического (знакопеременные температуры и влажность), а также химического воздействия (агрессивная водная и газовая среды), высокая плотность бетона является основным условием, обеспечивающим их долговечность. Однако, как отмечалось выше, особенностью структуры даже относительно плотных бетонов на основе минеральных вяжущих является неизбежная капиллярная пористость цементного камня и как следствие - пористость бетона в целом. Поскольку основным носителем пористости структуры относительно плотного бетона является цементный камень, для повышения плотности бетона необходимо не только повышать плотность цементного камня, но и по возможности уменьшать необходимое его содержание в бетонной смеси, используя известные в технологии средства для этой цели.

Нормальная плотность тяжелых бетонов на плотных заполнителях составляет примерно 0,85-0,9. В отдельных случаях она может быть повышена до 0,93-0,95. Дальнейшее повышение плотности даже весьма плотных по структуре бетонов практически затруднено не только из-за невозможности избежать появления капилляров в микроструктуре цементного камня, но из-за присутствия в структуре бетона некоторого объема вовлеченного воздуха.

Вовлечение воздуха происходит в процессе перемешивания, выгрузки и укладки смеси в формы; объем вовлеченного воздуха зависит от характеристик составляющих материалов и бетонной смеси в целом: он увеличивается с уменьшением общей крупности примененного заполнителя, особенно с увеличением содержания мелких фракций песка, а также с повышением показателя жесткости бетонной смеси. При эффективном уплотнении смеси в процессе формования изделий некоторое количество вовлеченного воздуха удается вытеснить, однако не полностью остаточный объем вовлеченного воздуха в обычном крупнозернистом хорошо уплотненном бетоне составляет примерно 2-3% его общего объема; однако и это небольшое количество воздуха, распределяясь обычно тонкими прослойками по поверхности раздела фаз, существенно снижает прочность бетона на сжатие (примерно от 5 до 10% на каждый процент вовлеченного воздуха по объему бетона) и особенно прочность на растяжение. Дальнейшее уменьшение остаточного объем вовлеченного воздуха может быть достигнуто при помощи специальных мер (обезвоздушивание бетонной смеси в процессе укладки ее в формы при помощи вакуум-отсоса или вакуумирование свежеуложенного бетона).

В производстве сборных железобетонных и бетонных конструкций и строительных деталей используется также достаточно большая группа легких бетонов, для которых основным техническим показателем наряду с прочностью являются пониженные значения объемного веса и теплопроводности, обусловленные, как известно, искусственной поризацией бетона. Оценкой пористости легких бетонов также может служить показатель их плотности.

Однако один показатель плотности, по которому можно судить лишь об общей величине пористости бетона, еще недостаточно говорит о его структуре и не предопределяет полностью какого-либо из перечисленных выше интересующих нас свойств бетона, кроме показателя его объемного веса. Не менее важным для оценки структуры бетона является также характер данной пористости: крупность, распределение пор по размерам или радиусам, их форма, удельная поверхность, степень замкнутости или сообщаемости между собой и пр. Размеры пор и их строение определяют, в частности, характер связи воды, заключенной в порах, ее способность к миграции или фильтрации в бетоне.

Имеющиеся в бетоне поры можно разделить на открытые или сообщающиеся между собой (в виде капиллярных ходов, каналов и полостей), полузамкнутые и условно замкнутые, изолированные друг от друга (в виде мельчайших пузырьков или более крупных ячеек). Открытая пористость обусловливает возможность насыщения бетона водой. Сообщающиеся поры, количественно оцениваемые так называемой -эффективной пористостью (отношение суммарного объема фильтрующих пор к общему объему бетона), свидетельствуют о способности бетона к фильтрации жидкости или газа при наличии градиента давления.

Имеется ряд методов для оценки размеров пор и их распределения по крупности. Косвенной оценкой плотности бетона и характера его пористости служит способность поглощать, испарять и пропускать (фильтровать) воду, оцениваемая соответствующими показателями водопоглощения, интенсивности водонасыщения и водопроницаемости бетона.

Источник: beton-tech.ru


TEXT +   TEXT -    Опубликовано : 07.03.09 | Просмотров : 1627

Рекомендуем
Товары для строительства и ремонта
 
Фото
Ограждения из нержавейки
Ограждения из нержавейки
 
Опрос
Активных опросов на данный момент нет.
Наши партнеры
 
 
 
По поводу сотрудничества и размещения новостей, статей, фотографий, пресс-релизов и рекламы пишите stroitelstvouga@yandex.ru