Однородность строения легких бетонов
Твердое тело с одинаковыми физическими свойствами в разных направлениях называется изотропным. Бетон, как тяжелый, так и легкий, является практически изотропным материалом. Его свойства не меняются от того, в каком сечении (горизонтальном, вертикальном или наклонном) мы будем их рассматривать. В то же время, учитывая, что бетон состоит из двух компонентов — зерен заполнителя и цементного камня, и каждый из них имеет отличные друг от друга свойства, нельзя признать строение бетона однородным. Именно это обстоятельство послужило основанием, чтобы назвать его «конгломератным материалом».
Закономерно, что чем ближе показатели свойств составляющих бетона, тем более однородным он будет. Однако это еще не гарантирует улучшения физико-механических свойств бетона — необходимо также и хорошее сцепление между заполнителем и цементным камнем. Рассматривая с этих позиций легкий бетон, следует признать, что его строение более однородно, чем строение тяжелого бетона. Это объясняется тем, что пористость содержащегося в нем заполнителя может быть равна или близка к пористости цементного камня, либо повышенным сцеплением пористого заполнителя (по сравнению с плотным) с цементным камнем. Это положение справедливо лишь для бетонов плотной структуры, так как при налички межзерновых пустот в легком бетоне однородность его строения резко уменьшается.
При прочих равных условиях с увеличением однородности строения легких бетонов возрастает их прочность. Это положение правильно, в первую очередь, в том случае, когда цементный камень и заполнитель имеют близкие показатели по пористости и одинаковые деформативные свойства.
Нами были проведены опыты с бетоном на новосибирском керамзите марки 600 кг/м3 и кварцевом песке. Пористость цементного камня изменялась за счет разной величины ВЩ, пористость керамзита оставалась постоянной, равной 0,58. Как видно из рис. 3.4, равнозначная пористость цементного камня (Пд.к) и керамзита (Пкер) еще не свидетельствует о максимальной прочности бетона. Для данного керамзитобетона ока получена не при одинаковом значении этих показателей, а в интервале Пц.к/Пкер, равном 0,64—0,74. У более тяжелого керамзита, например марки 800 кг/м3, пористость гранул составляет около 50%, Цементный же камень такой пористости можно получить лишь при большой величине ВЩ (примерно 0,8), что значительно снизит его прочность. Тяжелый и прочный керамзит в сочетании со слабым цементным камнем не обеспечивают получение бетона высокой прочности, хотя по пористости рассматриваемые компоненты почти одинаковы. Трудно получить высокую прочность и при малых значениях B/Ц (менее 0,35) и большом содержании в бетоне керамзита (ф* = 0,6, что соответствует Пц.к/Пкер = 0,3) из-за образующихся при этом межзерновых пустот при недоуплотнении излишне жесткой бетонной смеси,
Следовательно, изменять пористость цементного камня, чтобы получить наиболее однородный и одновременно наиболее прочный легкий бетон, целесообразно лишь в определенных пределах. Более эффективно повышать прочность и модуль упругости зерен пористого заполнителя с одновременным установлением в каждом конкретном случае оптимального значения Пц.к/Пкер. При оценке однородности строения легких бетонов важно учитывать еще и особенности разных видов пористого заполнителя. В бетонах на керамзите, зерна которого имеют четко выраженную оболочку и более пористое ядро, наблюдается три зоны с различной степенью пористости: цементный камень, оболочка и ядро заполнителя (рис. 3.5).
Зерна аглопорита и шлаковой пемзы более однородны по строению, поскольку у них нет более плотной, по сравнению с ядром, оболочки. Их характерная особенность заключается в открытой пористости на поверхности. Для сопоставления названных заполнителей на рис. 3.6 показаны в разрезе образцы бетона на новосибирском керамзите и аглопорите, изготовленные из одного исходного сырья.
Строение зерен керамзита и аглопорита, а также переходная зона между заполнителем и раствором существенно различаются. Граница между раствором и гранулами керамзита четко выражена, и проникания раствора в заполнитель нe наблюдается. Границу же между раствором и зернами аглопорита трудно провести: все открытые поры и каверны на поверхности аглопорита заполнены (кольматированы) цементным раствором. Причем цементное тесто проникает по каналам и трещинам во внутренние поры аглопорита, где оно затвердевает, создается переходный слой между менее пористым раствором и пористым заполнителем, в результате этого заполнитель как бы упрочняется. Такая особенность связи между раствором и щебневидным заполнителем приближает аглопоритобетон к идеальной модели бетона по И.Н. Ахвердову.
Следовательно, строение аглопоритобетона более однородно, чем керамзитобетона. В результате резко выраженной границы "раствор — гранула керамзита" (см. рис. 3.6) при нагружении керамзитобетона происходит концентрация напряжений на границе контактной зоны, В аглопоритобетоне это наблюдается в гораздо меньшей степени, что способствует повышению его прочности.
Однородность строения легких бетонов в большой степени зависит от однородности применяемых пористых заполнителей. Объемная масса и прочность отдельных зерен керамзита, шлаковой пемзы и других пористых заполнителей, взятых из одной и той же партии, могут существенно различаться: объемная масса изменяется до 2—3 раз, а прочность даже до 10—12 раз. Это объясняется недостаточно совершенной технологией производства пористых заполнителей.
Резкие колебания в свойствах отдельных зерен пористого заполнителя отражаются на свойствах бетона в неравной степени.
По данным В.Г. Довжика, Я.Ш. Штейна и В.П. Петрова, прочность керамзитобетона зависит от средней прочности керамзитового гравия данной пробы и практически нe зависит от степени однородности гранул этой пробы, поскольку растворная часть бетона плотной структуры представляет собой непрерывную среду с постоянными свойствами в любой точке объема. Иное положение наблюдается в отношении деформативных свойств. Они в большей степени, чем прочность, связаны с однородностью зерен заполнителя. Бетон на керамзите, зерна которого неоднородны по своим прочностным и деформативным свойствам, отличается пониженной упругостью и долговечностью, особенно в агрессивной среде.