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

Прочность при сжатии в кгс/см^бетонных

Температу—

образцов (10x10x10 смК твердевших

ра твердения

в холодильной камере в тече-

28 суток на

в

оС

ние

морозе, за -

3

7

28

180

тем 2 8

су­

ток в стан­

суток

суток'

суток

суток

дартных ус­

ловиях

0

44

79

197

357

342

- 5

2

4

9

32

163

- 1 0

2

2

3

6

178

- 1 5

1

1

2

5

213

минералам-силикатам происходит и твердение бетона

на

морозе. Из данных табл. 14 видно, что при О С

значи­

тон набрал 70% прочности от марочной). При -5 С

через

28 суток бетон приобрел 3%, а к 180 —уточному

возрас­

туры воздуха и появления в бетоне оттаявшей воды

во

время оттепелей, прочность его растет значительно

быст­

стоянной температуре. При оттаивании бетона лед

посте­

пенно переходит в жидкую фазу, которая, вступая в

реак-

б №767

81

цию с цементом, обеспечивает твердение, т. е.

набор

прочности (табл. 1 5 ).

Из рис. 2 9 дающего представление об

интенсивности

температурами. Ниже О С интенсивность прироста

проч­

ности резко падает, а при температуре - 1 0 С

твердение

бетона, по существу, прекращается.

В бетоне, находившемся некоторое время до

замерзания

в благоприятных температурно-влажностных

условиях,

можно ожидать некоторое увеличение прочности при

отри­

цательных температурах. Поскольку количество

незамер­

зающей воды в бетонах, замороженных при более

высокой

прочности при одной и той же отрицательной

температуре,

увеличивается, то следовало бы ожидать, что чем

боль­

шую прочность приобретет бетон до замерзания, тем

су­

щественнее она должна нарастать на морозе. Однако

это

положение справедливо лишь до определенной степени.

Наибольший прирост прочности при испытании после

4 ч

оттаивания наблюдается у бетона, замороженного с

проч­

80% и более, то за 28 суток выдерживания на морозе

она

практически не возросла. В табл. 16 приведены данные

о

воздействии отрицательных температур (от -5 до - 5 0

С)

D

6 -1

0

1

0,5

1 5 -2 0

25

19

10

4 0 -5 0

21

10

5

7 0 -8 0

0

0

■0

отрицательных температурах, после оттаивания

обычно

превышает прочность до замораживания (табл. 1 6 ).

Од­

ванию бетон проходит через три этапа - охлаждение

до

О С, замерзание и оттаивание. Очень важно знать, на

ка­

ком из этих этапов прочность бетона увеличивается.

Т а б л и ц а

1 7 . Влияние температуры замораживания

и времени оттаивания на прочность бетона

Замораживание

Заморажива­

Выдерживание

Прочность

до -1

С

ние до - 2 0

С

при -2 0 °С

в

до замора­

течение 3

живания в

суток_______

%

R28

Оттаивание в камере стандартного хране­

до +2“С

ния

до

до

ДО

До V

8

20°С Х +2°С

20°С Х +2°С

2 0

С

11

23

12

17

8

15

31

33

36

29

36

30

38

55

52

58

53

50

52

58

68

65

69

63

68

61

-

68

В течение 4 -5 ч.

увеличение прочности характерно для бетона,

имевшего

небольшую прочность до замораживания. При

быстром

охлаждении образцов до О С, пребывание их в течение не­

которого времени в холодильной камере и оттаивании

до

+2 С

прочность бетона не увеличивается.

Таким образом, прочность бетона, подвергавшегося

за­

мораживанию, увеличивается^ главным образом,

в

период

оттаивания образцов. Из этого следует, что утверждение о

значительном твердении бетона на морозе [55]

экспери­

ментально не подтверждается и является ошибочным,

по­

скольку основано на определении прочности бетона,

вы­

держиваемого в естественных условиях. В известной

ме­

ре нарастание прочности бетона на морозе может

учиты­

ваться в строительной практике, например при укладке бе­

тона в вечномерзлые грунты.

В табл. 18 приведены результаты [88]

исследования

твердения бетона в вечномерзлых грунтах (г. Воркута)

при

температурах от - 0 ,9

до -2 ,7

С. Из этих данных

видно,

что бетон на портландцементе после месячного пребывания

в контакте с вечномерзлым грунтом приобрел 60-70% ма­

рочной прочности. После суточного твердения в

нормаль-

1Іредварительное

_

Прочность образцов в % от R

через

выдерживание в

_ ___________________ 28_______

1 мес.

1 мес.

'

7 мес.

стандартных ус­

ловиях в сутках

В/Ц=0,7

В /0 = 0,4

0,1

62

69 .

80

1

69

70

95

3

84

83

106

7

96

92

112

заметного прироста прочности даже у бетонов,,

заморо­

женных с прочностью 50-70% марочной. Это

доказали

многочисленные и убедительные опытные данные,

полу­

ная проверка показала, что у растворов и бетонов с

низ­

ким водоцементным отношением процессы гидратации

це­

мента и набора прочности также замедляются, а затем

и

прерываются при замерзании жидкой фазы точно так

же,

как и в обычных бетонах. Малое водосодержание и

низкое

водоцементное отношение играют положительную

роль,

главным образом, в отношении ускорения твердения и по­

лучения более высокой прочности в ранние сроки.

По вопросам теории твердения бетона на морозе

неодно­

кратно высказывались различные гипотезы. И. А.

Ки-

таты исследований о некотором нарастании прочности

бе­

тона при температурах д о - 1 2 С, взаимодействием

порт­

ландцемента с водой в твердой фазе, т. е. со льдом

[54].

Позднее, не изменяя этой точки зрения, он выдвинул

но­

вую гипотезу, заключающуюся в том, что на морозе

яко­

бы происходит отжатие воды из гелевых оболочек

гидро­

силиката кальция к негидратированной части

клинкерных

зерен [55].

сказать

Критически рассматривая эти гипотезы, можно

следующее. Если бы минералы цементного клинкера

взаи­

модействовали с водой в твердой фазе, т. е. со

льдом,

прочность бетона нарастала бы при любой

отрицательной

температуре. Однако этого не наблюдается.

Медленное

нарастание прочности бетона при температурах до

- 8 ,

-1 2 С при наличии значительных колебаний

температуры

объясняется наличием небольшой части воды в жидкой

фа­

зе. Данные о твердении бетона при температурах до

-2 2 ,

-2 5 С основаны на методических ошибках.

Вода к негидратированной поверхности клинкерных

зе­

рен, как свидетельствуют теоретические расчеты

давле­

ния, возникающего в воде между оболочкой геля и

клин­

керным ядром [14] , перемещаться не может. Это

давле­

ние обусловлено термодинамическими причинами,

связан­

ными с температурным воздействием, и его величина

не

может существенно влиять на направление миграции

воды

и процесс гидратации цемента. Малая величина

давления

говорит также и о направлении движения воды из геля.

исследования механизма замерзания геля [32] ,

а

также

миграция воды в зависимости от температурных

градиен­

тов. Поскольку процесс гидратации экзотермичен, то

вода

в геле при замерзании перемещается к фронту

охлажде­

Как же можно представить механизм твердения бетона с

понижением температуры за нуль? Исследования

калори­

метрическим, дилатометрическим, ультразвуковым,

кон-

думетрическим и другими методами показали, что с

по­

нижением температуры за нуль вода в бетоне не сразу пе­

реходит полностью в лед. Сначала вода замерзает в

мак—

ропорах, затем в переходных и микропорах. Вода,

адсор­

бированная микрокристаллами гидросиликата кальция

и

Начавшиеся процессы гидратации цемента после

затво-

ре.ния бетона продолжают развиваться, но скорость их

за­

медляется по мере охлаждения как из-за уменьшения

ко­

личества незамерзшей воды, так и вследствие

снижения

активности химических реакций. Опыты убедительно пока­

зали, что даже при наличии части воды в тонких

капилля­

вия с водой. Больше того в раде случаев после

заморажи­

вания бетон твердеет еще энергичнее. Это

обусловлено

силиката кальция, который в зависимости от той

стадии,

на которой наступает замораживание, обладает

различной

степенью проницаемости. Вода, окружающая

гелевые

ры и полностью прекращается при замерзании жидкой

фа­

зы. Поэтому, чтобы обеспечить твердение бетона в

зим­

них условиях, необходимо предотвратить замерзание

его

положительную температуру бетона в период твердения до

набора им определенной прочности или искусственно

пони­

зить температуру замерзания жидкой фазы, затворяя

бе­

тонную смесь не водой, а растворами некоторых

соедине­

ний определенных концентраций.

Для воды, как и для других жидкостей, характерно

от­

сутствие упорядоченного расположения молекул,

свойст­

венного большинству твердых тел, например льду.

Однако

на каких-то участках и на какое-то время несколько

со­

седних молекул располагаются так, как в структуре

льда.

и тем больше продолжительность их 'жизни'. При

темпе­

ратурах О С и ниже энергия движения молекул

воды

них занимают фиксированное положение в

пространстве,

образуя лед.

Переходу воды в лед при О С и ниже могут

препятство­

вать растворенные в ней различные химические соедине­

или ионов) по всему объему воды, а химическое

взаимо­

действие этих частиц с молекулами воды. В

результате