Состав бетона обзавелся ещё одним компонентом.

По формальным признакам (и по традиции) технология бетона считается частью технологии строительства, однако по существу процессов, происходящих при твердении пары бетон цемент, мы обязаны считать её как химическая технология.

Цемент считается полиминеральным материалом, т.е. материалом, состоящим из нескольких искусственных материалов — алита, белита и других. Важно, что каждый из них вступает во взаимодействие с водой (в том числе и с влагой, содержащейся в воздухе) самостоятельно, реакции гидролиза и гидратации идут с разной скоростью. Продукты этого взаимодействия — гидраты существенно отличаются друг от друга по многим свойствам: прочности, стойкости к агрессивным средам, морозостойкости...

Поэтому, «проектируя» будущий цементный камень, используя связку бетон цемент, прежде всего, нужно управлять процессами формирования его структуры. Здесь, как в литературе, важно единство формы и содержания. Они взаимосвязаны, и от того, каков состав бетона и какова структура цементного камня в нем, зависят конкретные эксплуатационные свойства будущего бетона.

Можно, например, получать бетон цемент (цементный камень), выдерживающий без разрушения десятки циклов попеременного замораживания и оттаивания, а можно — и тысячи циклов. От чего это зависит? Сейчас поясним.

Перечисляя ранее состав бетона и его компоненты, мы сознательно не упомянули об одном из них. А он важен, очень важен.

Речь идет о воздухе, который в виде мельчайших пор и пузырьков распределен в цементном камне более или менее равномерно. Откуда он в бетоне? Из воздуха, естественно, но не только: часть его растворена в воде. В процессе приготовления бетона на поверхности минеральных зерен адсорбируется воздух, воздух же дополнительно вовлекается в бетон цемент при смешивании щебня, песка и воды.

Сколько воды необходимо, чтобы получить правильную структуру.
Установлено, что для полной гидратации цемента воды нужно не так уж много — до 28% от массы цемента. Однако расход ее для приготовления бетонной смеси в несколько раз больше.

Это вынужденный перерасход: бетон цемент должен приобрести необходимый минимум текучести, чтобы легче было формовать из бетонной массы изделия заданных размеров.

Оставшаяся после затвердения бетона химически не связанная вода и создает ту опасную пористость цементного камня, которая является причиной снижения прочности, морозостойкости и других технически важных свойств. Но и на этот яд есть противоядие.

Технология бетона подразумевает под собой умение рационально использовать входящий в состав бетона воздух (и оставшуюся несвязанной воду). Именно это умение стало, а в еще большей степени должно стать, важным вкладом химиков в технологию бетона.

C водой вроде бы разобрались, а вот сколько цемента необходимо добавить в состав бетона.

Широко распространилось мнение, что морозостойкость и прочность бетона зависят прежде всего от содержания в нем цемента: Сколько цемента? - больше—лучше. Однако мнение это ошибочно.

Сторонникам физико-химического подхода к главному строительному материалу наших дней совершенно очевидно: уменьшая до разумного минимума расход цемента (и соответственно воды) для приготовления бетонной смеси, мы тем самым уменьшаем долю наиболее слабого компонента и одновременно причину опасной пористости цементного камня.

Одна из главных причин разрушения цементного камня, а следовательно, и бетона — вода, замерзающая в порах. Если поры целиком заполняются водой, разрушение происходит быстрее, после меньшего числа циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Если же капилляры частично заполнены воздухом (на схеме такие капилляры показаны в виде наполовину заполненных колбочек), то в этом случае воздух как бы амортизирует возникающие нагрузки, и сооружение разрушается значительно медленнее.

Именно вода, выполнив свои функции на стадии приготовления бетонной смеси и в процессах твердения, в дальнейшем становится главным врагом бетона. Замерзая в порах и капиллярах затвердевшего бетона, она увеличивается в объеме, давит на камень.

Появляются микротрещины, затем трещины — сооружение теряет прочность и надежность. (Заметим, что у пары бетон цемент, прочность на растяжение в десятки раз меньше давления, развивающегося в его порах при замерзании воды.) Но именно здесь проявляется позитивная роль воздуха в структуре цементного камня. Он служит своеобразным амортизатором.

Есть еще одно весьма интересное и важное явление, сопровождающее процессы гидролиза, гидратации и твердения цемента, обнаруженное около ста лет назад известным французским физико-химиком Анри Луи Ле-Шателье, но до последнего времени всерьез не учитывавшееся в технологии бетона. Речь идет о так называемой контракции.

Суть явления состоит в том, что после присоединения к минералам воды, входящей в кристаллическую решетку гидратированных соединений, в системе возникает вакуум. Объем, ранее занимавшийся водой, заполняют воздух и часть оставшейся, не связанной в гидраты воды. Воздух, занявший контракционные поры, теперь «работает» амортизатором напряжений.

Но и тут важно не переусердствовать. Пористость цементного камня сверх контракционной, безусловно, вредна.

Вывод: производство бетона проводить нужно, используя минимальное, научно обоснованное количество воды. В идеале оно должно быть не больше количества химически связанной воды. Но как сохранить при этом необходимую текучесть бетонной массы? Главным средством для решения этой проблемы служат добавки бетона, а именно поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Bookmark/Search this post with:

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
•