книги из ГПНТБ / Миронов С.А. Бетоны, твердеющие на морозе

зателях

бетона в зависимости от его возраста, состава и

условий

твердения.

Из рис. 1 9, например, видно, что при О С в 8

- суточном

возрасте бетон имел прочность в 4 раза меньшую,

чем

твердевший в стандартных условиях. Однако к 2

8 -

суточ­

ко превзошли прочность эталона. Еще через 28

суток

хранения в стандартных условиях прочность этого

бетона

ного 8 (2) и 28 суток (З)

при

О С, а затем твердевшего

при

Рис. 20 . Нарастание прочности

бетона при 20°С ( 1 ), выдер­

жанного 16 суток при Ю °С

+

+ 14 суток при 20°С (2), 7 су­

ток при 20°С + 2 1 сутки

при

10°С (3), 22 суток в естест­

венных условиях + 6 суток

при

20°С (4), 7 суток при 20°С +

+ 15 суток в естественных

ус­

ловиях + 8 суток при 20 С (5 )

[84]

температурах оболочки вокруг зерен клинкера более

про­

ницаемы для воды [іб ; 84] , обеспечивая тем

самым

большую степень гидратации цемента в конечном итоге.

Из уравнения (4) следует, что в нормальных

условиях

прочность бетона на одних и тех же заполнителях в

основ­

ном определяется двумя факторами —активностью

цемен­

та и водоцементным отношением. Это положение

справед­

ливо и для бетона, твердеющего при пониженных

темпера­

девшего при 25 (1),

15

(2)

и

5 °С (3) 2 8 суток

дения полиминералъных цементов [132] и бетонов на

их

основе [84] в рассматриваемых условиях.

Для бетонирования при низких положительных

темпе­

ратурах должны применяться тонкомолотые цементы,

со­

ответствующие современным быстротвердеющим и

высо­

комарочным портландцементам. Их несколько

большая

сплуатацию.

При установлении сроков распалубки и частичной

или

полной загрузки конструкций скорость нарастания

прочно­

тона и других факторов скорость твердения бетона

может

отличаться от усредненных значений, приведенных в

табл.

Т а б л и ц а

7 . Нарастание прочности бетона при

различных температурах

Тип

Темпера­

Прочность бетона на сжатие в

тура

% от марки через период вре­

цемента

тверде- 1

мени в сутках

ния бе­

3

7

14

28

тона в

Портландце-

°с

15

35

50

65

о

мент марки

5

20

45

65

85

4 0 0

10

30

55

75

95

15

40

65

85

1 0 0

20

45

70

95

105

Пуццолановый

О

5

15

35

55

или шлакопорт-

5

10

25

45

70

ландцемент

10

15

35

60

85

марки 300

15

20

45

70

10 0

20

25

50

80

105

нарушения, как правило, необратимы.

Поэтому физические процессы, происходящие при

замер­

зании и последующем оттаивании бетона , а также

изме­

нение свойств его в замороженном состоянии при

различ­

случаев являются основной причиной отрицательного

дей­

ствия мороза на бетон. При этом вполне естественно, что

результат этого действия зависит прежде всего от

коли­

чества воды в бетоне, переходящей в лед.

Замерзание воды в бетоне.. В обычных условиях

вода

без примеси растворенных в ней веществ замерзает

при

О С. Однако в бетоне при температуре окружающей среды

О С вследствие продолжающихся реакций гидратации

и

му способствуют присутствующие, как правило,

в

це­

менте легко растворимые в воде соединения натрия и

ка­

лия,- а также окись кальция, понижающие

температуру

замерзания жидкой фазы бетона.

Следует также отметить, что замерзанию (началу

кри­

сталлизации) воды как в свободном состоянии, так и в

бе­

тоне может предшествовать ее переохлаждение.

Напри­

мер, жидкая фаза цементно-песчаного раствора

состава

1:2 в зависимости от скорости охлаждения

переохлажда­

лась до 6 С (рис. 22), если образцы в процессе

охлажде­

до -7 5 , -7 8 С [72; 106] , а в некоторых

тонкодисперс-

ных грунтах - даже при температурах до - 1 9 0 С

[139] .

Объясняется это тем, что вода может связываться

физи­

чески в результате адсорбции ее молекул на

поверхности

твердых тел.

Электрические силы притяжения действуют на

весьма

близких расстояниях от поверхности частиц.

В мономоле-

ным Э. X. Булгакова)

притяжения быстро падает до нуля и свойства

адсорбиро­

ванной воды по мере удаления от поверхности

частиц

приближаются к свойствам обычной воды. Поэтому ,

если

свободная вода замерзает при О С, то для

превращения

адсорбированной воды в лед необходимо более

значитель­

ное понижение температуры.

Из этого следует, что температура замерзания воды

в

порах различного диаметра будет весьма различной.

В

ет небольшое количество от всего объема, она

замерзнет

при О С. По мере уменьшения размера поры все

большая

и большая часть воды, заключенная в ней, будет

адсорби­

рована. Поэтому при уменьшении размера поры

будет по­

нижаться температура замерзания воды (рис. 23) .

Однако понижение температуры замерзания воды в по­

ристых материалах меньше, чем в отдельных

капилля­

в цилиндрических трубках

различных диаметров

[140]

крупных порах лед ускоряет замерзание воды и в

мелких

порах, притягивая ее к себе.

Таким образом, температура замерзания воды в

порис­

том материале зависит от двух факторов: удельной

по­

верхности материала, определяющей пористость, а

вмес­

те с тем и количество адсорбционно связанной

воды; и ха­

рактера пористости - количества замкнутых и

сообщаю­

материала и количество закрытых пор в нем, тем

ниже

температура замерзания насыщающей его воды.

меняющим свою пористость и удельную поверхность

во

времени, то и температура замерзания воды в нем

также

зависит от этих факторов. В свежеизготовленном

бетоне

персным материалом, с наиболее развитой

поверхностью,

является цемент с удельной поверхностью в

пределах

2 5 0 0 -5 0 0 0 см ^/г. Пористость такого бетона

опреде­

ляется капиллярными порами [36] - макропорами с

радиу­

сом более 100 0 Я

(1 0

см) [143] . Поэтому почти вся

вода в свежезатворенном бетоне находится в

свободном

состоянии и в зависимости от количества растворенных

в

ней соединений замерзает при температурах от О до -2

С.

По мере гидратации цемента поверхность твердой

фазы

резко возрастает, так как появляются продукты

гидрата­

ции, удельная поверхность которых находится в

пределах

1 8 0 0 0 0 0 -3 8 0 0

0 0 0

см ^/г [31; 111]

, т. е.

почти в

1 0 0 0 раз больше, чем у цемента. Это связано с

тем, что

значительная часть продуктов гидратации образуется

в

тонкодисперсном состоянии вплоть до частиц с

коллоид­

ными размерами. Особая роль прТ. этом принадлежит

гид­

ки зрения нарушения структуры при замерзании воды,

с

течением времени заполняются продуктами

гидратации,

превращаясь в переходные поры (от 50 до 1 0 0 0 А)

и

реходные) и гелевые микропоры (рис. 2 4 ). В

результате

значительное количество воды из свободной переходит

в

связанную физически, причем все большее количество

пор,

уменьшаясь в размере, из открытых превращаются

в

замкнутые. Следует отметить, что одновременно

умень­

шается количество свободной воды в макро- и

переходных

порах за счет перемещения ее в микропоры. Таким

обра­

микропор и уменьшения их радиуса часть воды в

бетоне

замерзает при более низких отрицательных

температу­

рах [4, 6, 8, 51, 106] . Одновременно с этим по

мере

во льда, отнесенное к весу химически не связанной

воды,

содержащейся в бетоне определенного возраста,

сильно