Сцепление пористого заполнителя с цементным камнем
Сцепление между заполнителем и цементным камнем существенно влияет на прочность и долговечность бетона. В том случае, когда прочность сцепления ниже прочности на растяжение хотя бы одного из двух компонентов, бетон будет разрушаться из-за нарушения сцепления и прочность бетона (при растяжении) будет определяться прочностью сцепления в контакте между цементным камнем и заполнителем.
Сцепление заполнителя с цементным камнем обусловливается не только действием сил молекулярного притяжения, но и механическими усилиями, возникающими в результате проникания цементного теста в углубления и поры заполнителя. Поэтому прочность сцепления зависит не только от клеящей способности цементного теста (величины ВЩ), но и в значительной мере от шероховатости поверхности и характера пористости заполнителя.
Пористые заполнители, у которых прочность по сравнению с плотными меньше, имеют лучшее сцепление с цементным камнем благодаря более шероховатой поверхности, наличию пористой структуры и процессу влагообмена между растворной частью бетона и заполнителем. Характер этого процесса определяется соотношением между открытой и закрытой пористостью и, главное, диаметром открытых капилляров на поверхности заполнителя.
По данным Л.С. Пивень, в керамзитобетонной смеси при диаметре капилляров зерна заполнителя менее 0,01 мм из цементного теста отсасывается лишь жидкая фаза. Цементная суспензия проникает в капилляры диаметром 0,05 мм и более. Количество ее тем меньше, чем меньше величина В/Ц бетонной смеси.
Исследования, проведенные С.П. Онацким, показали, что в подавляющем большинстве зерна пористых заполнителей имеют поры диаметром от 0,1 до 1 мм. Следовательно, влага в них проникает вместе с частицами цемента, что обусловливает высокую силу сцеплении заполнителя с цементным камнем.
Интенсивность процесса влагообмена определяется не столько средней пористостью, сколько размером открытых пор, сосредоточенных в оболочке зерна. Наиболее интенсивно пористый заполнитель поглощает влагу из цементного раствора в первые 15 мин, затем этот процесс постепенно затухает, но не прекращается (табл. 3.2). Через несколько часов возможна миграция влаги из заполнителя в раствор под влиянием вакуума, возникающего в цементном камне в процессе его твердения. Чем ниже B/Ц, тем меньше интенсивность водопоглощения и раньше начинается процесс миграции влаги из заполнителя в цементный раствор.
Перемещение влаги из заполнителя в начале процесса твердения ослабляет структуру цементного камня. Деформируемость структуры возможно устранить вибрацией или повторным перемешиванием. В этом случае сцепление вяжущего с поверхностью заполнителя усиливается и прочность легкого бетона повышается.
Особо повышенной прочностью сцепления с цементным камнем обладают пористые заполнители с развитой открытой пористостью, в частности, об этом свидетельствуют данные рис. 3.7, где приведены результаты опытов Н.И. Maкридина.
В этих опытах зерно аглопорита поместили в центре кубического образца из цементного теста с В/Ц = 0,4. В течение первых 28 суток он твердел в условиях 100%-ной влажности, затем его перенесли в помещение, где относительная влажность воздуха составляла только 50%. Значительные деформации аглопорита явились следствием первоначального набухания, а затем интенсивной усадки цементного камня, В течение всего периода времени была зафиксирована совместная деформация аглопорита и цементного камня, что можно объяснить лишь высокой силой сцепления между ними.
Следует различать усадку в микро- и макрообъеме бетона. He всегда усадка в микрообъеме приводит к изменению внешнего объема бетона. Так, в процессе твердения происходит сжатие системы цемент—вода, называемое контракцией, но уменьшения наружного объема бетона при этом не наблюдается. Кроме контракции, происходит самовакуумирование, под которым №. 3. Симонов понимает процессы водополощения и водоотдачи пористого заполнителя в легком бетоне. Зерна пористого заполнителя с момента затворения бетонной смеси отсасывают воду из цементного теста. Объем поглощаемой воды при этом больше объема, вытесненного из заполнителя воздуха. Последний оказывается зажатым в капиллярах пористого тела (рис. 3.8).
Как известно, капиллярные силы, возникающие в порах материала, при всасывании влаги могут быть весьма велики. В результате этого защемленный воздух находится в состоянии всестороннего сжатия и имеет давление выше атмосферного. На поверхности пористого заполнителя возникает градиент давления, направленный в сторону цементного теста, под действием которого происходят его уплотнение, повышающее силу сцепления и прочность легкого бетона. Однако рассматриваемое явление, как и химическая контракция, не приводит к уменьшению наружного объема бетона.