Адаптационная способность бетонов

Цементные бетоны не являются стабильным и устойчивым продуктом, с полным на то основанием их можно отнести к классу струк- турно-изменяющихся, подверженных адаптационной эволюции под действием эксплуатационной среды систем. Проще говоря, идущие в бетоне в течение десятилетий адаптационные процессы придают ему некоторое формальное сходство с живым организмом [96].

Адаптационное свойство цементных бетонов достаточно широко известно. При определенных температурно-влажностных условиях твердения (естественном, водном, пропаривании и др.) формируется цементный композит с относительно стабильной (но далеко не завершенной) структурой и свойствами. В дальнейшем возрастает роль эксплуатационно-временного фактора, приводящего к структурным преобразованиям бетонов. При этом можно выделить две основных причины видоизменения структуры и свойств бетонов (протекающих как индивидуально, так и во взаимосвязи): агрессивное воздействие среды и продолжающаяся, естественная и неисчерпаемая во времени, гидратация цементных зерен. И если первая причина достаточно очевидна (выщелачивание извести, ее карбонизация, обменные реакции, накопление в капиллярно-поровом пространстве солей и др.), то вторая требует некоторых пояснений.

Подавляющее большинство исследователей склонны связывать адаптационную способность бетонов с поздней гидратацией цементных частиц, что подтверждается неуклонным повышением степени гидратации цемента во времени. Морфологическая специфика микробетона и механизм гидратационного процесса представлены в параграфах 3.3—3.5. Появление гидратных продуктов в условиях сложившейся структуры приводит к возникновению внутренних напряжений и сбросам прочности [24, 29, 30].

Выполненный анализ экспериментальных работ в данной деструктивной области показал, что обычная величина сбросов прочности бетонов составляет от 20 % до 50 %, что, тем не менее, не должно быть убаюкивающим фактором. При определенном (до сих пор еще полностью не выясненном) стечении обстоятельств эта величина может достигать более существенных значений (см. состав с В/Ц = 0,24, табл. 6.2), что требует особо серьезного подхода к проблеме.

Как прочность, так и возраст бетона (железобетона) не могут служить критерием надежности, о чем свидетельствует следующий пример из практики монолитного строительства на одном из объектов Краснодарского края. После приобретения монолитным железобетонным перекрытием необходимой прочности стали удалять поддерживающие опоры для подготовки фронта работ на следующем этаже. Один из пролетов плиты в течение суток угрожающе провис. Что самое удивительное и сложно понимаемое — провисший пролет был отформован в значительно более ранние сроки, т. е. имел сравнительно большие возраст и прочностные показатели по сравнению с оставшимися невредимыми изделиями. Причина данного явления до банальности очевидна — нагружение плиты собственной массой осуществили в момент гидратационного процесса, максимальных собственных структурных напряжений, деструктивных явлений, что и привело к необратимым деформативным явлениям и трещинообразованию (плиту, кстати, пришлось демонтировать и изготовить заново).

Таким образом, периодические сбросы прочности, безусловно, связанные с гидратационным процессом — объективная, неизбежная и сложно прогнозируемая на данный момент реальность, сопровождающая всю стадию существования цементных бетонов. Периоды сброса прочности чередуются с его ростом, связанным с залечиванием образующихся микротрещин новыми порциями гидросиликатного продукта. При обычных условиях деструкция не приводит к массовым и повсеместным аварийным ситуациям в связи с отсутствием синхронности гидратации остаточных поверхностно-активных зон цементных частиц в объеме бетона. Опасны инициирующие гидратационный процесс внешние (температурные, вибрационные, силовые, электромагнитные) воздействия, активирующие связанную воду, провоцирующие химическое взаимодействие компонентов на значительном количестве цементных частиц, что может иметь серьезные негативные последствия.

Интерес представляет выявление особенностей самозалечивания структуры цементного камня после сброса прочности, продолжительности своеобразного реабилитационного периода восстановления структуры и свойств после указанных внешних воздействий. Как видно на рис. 6.1, через 7—8 часов после температурного воздействия растворные образцы приобретают исходные прочностные показатели. Таким образом, отмеченный период и является искомым временным интервалом адаптации данного состава цементного композита в условиях воздействия повышенных температур. Разумеется, при использовании других составов и температурных параметров среды восстановительный период будет иметь иные временные значения.

Проиллюстрируем адаптационную способность применительно к вибрационным воздействиям. Опыты проводили на образцах-балоч- ках, изготовленных на основе новороссийского ПЦ500-Д0 из обычного (бездобавочного) цементного теста с В/Ц = 0,26; 0,28 и 0,32 и пластифицированного (VC 5600-RU) состава с В/Ц = 0,20 и 0,26. В 28-суточном возрасте герметичного выдерживания образцы подвергали уплотнению на стандартной лабораторной виброплощадке. Продолжительность вибрационной обработки составляла 15, 30 и 75 минут (последний срок принят на основании выявленного среднего интервала стойкости вибрируемых цементных составов). Определяли и сопоставляли прочностные показатели эталонных (не вибрированных) образцов, виброобработанных по отмеченным режимам, спустя три часа, одни и трое суток после окончания вибрации.

Как видно из результатов испытания (рис. 6.18), начальное снижение сменяется стабилизацией показателей с последующим увеличением прочности, приобретением величин, не только достигающих, но и нередко значительно превышающих эталонные. Для некоторых составов (преимущественно с пониженным значением В/Ц) максимальное снижение прочности имело место при 30-минутном вибрировании. Как и в случае воздействия повышенной температуры, сброс прочности поеле вибрационной обработки более ярко выражен для образцов со сравнительно повышенными исходными прочностными показателями.

Вибрирование активирует адсорбционно-связанную в цементном камне воду, интенсифицирует поверхностные явления, приводит в итоге к гидратации остаточных активных центров клинкерных частиц. Появляющиеся с увеличением объема твердой фазы новообразования расклинивают ранее сформировавшийся продукт, являются источником внутренних напряжений, причиной ослабления структурных связей микробетона и сбросов прочности. В то же время дополнительные порции гидросиликатного клея залечивают микродефекты и при определенных обстоятельствах повышают плотность и прочность цементного камня. Следует заметить, что характер представленной деструкции, обнаруженные величины сбросов прочности (от 15 % до 20 %) справедливы исключительно для условий представленных экспериментов. При изменении этих условий (времени проведения, состава смеси, размера образцов, условий их твердения и выдерживания и др.), накладывающих свой отпечаток на спонтанный и малоуправляемый гидратаци- онный процесс на клинкерных частицах, количественные результаты будут иными.

Прочность цементного камня

Рис. 6.18. Прочность цементного камня:

а — бездобавочный; б — пластифицированный состав; 1 — эталонный;

2 — через 15 мин вибрации; 3 — через 30 мин; 4 — через 75 мин; 5 — спустя три часа; 6 — спустя сутки; 7 — спустя трое суток

Таким образом, можно сделать вывод, что при внешних температурных, вибрационных, силовых, электромагнитных и прочих активизирующих воду и гидратационные процессы воздействиях существует своеобразный реабилитационный (адаптационный) период восстановления структуры и свойств цементного композита. С достаточной степенью надежности можно принять продолжительность указанного периода (для обычных условий твердения) не менее суток. При этом определяющая роль в надежности бетона (железобетона) принадлежит конкретным эксплуатационным условиям. Не нагруженный или частично нагруженный сжимаемый бетон вряд ли испытает какие-либо неудобства при указанных внешних воздействиях. И весьма неопределенные результаты ожидают нагруженную бетонную или железобетонную конструкцию.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >