Влияние качества межпустотного материала и пористой структуры на долговечность ячеистого бетона

Прочность и долговечность ячеистого бетона определяются свойствами межпустотного материала и пористой структуры. Количественной характеристикой пористой структуры ячеистого бетона является пористость.

Для оценки качества пористой структуры вводится коэффициент качества — Q, показывающий, какую долю составляет прочность ячеистого бетона от максимально возможной прочности при идеальной структуре и всех прочих равных условиях.

Коэффициент качества характеризует качество пористой структуры, в то время как прочность ячеистого бетона не может однозначно характеризовать его качество, так как прочность может быть выше и при худшем качестве пористой структуры за счет более высокой прочности межпустотного материала

Ячеистый бетон при одинаковой прочности межпустотного материала с более высоким коэффициентом качества имеет более высокую прочность и морозостойкость. Это и понятно, поскольку ячеистый бетон с пористой структурой лучшего качества имеет меньшую концентрацию напряжений как при действии внешней нагрузки (испытание на прочность), так и внутренней (давление льда при испытаниях па морозостойкость).

Исследование ВЛИЯНИЯ попеременного замораживания и оттаивания на ячеистый бетон с различным качеством пористой структуры было проведено на ячеистом бетоне объемною веса 0,6 т/ч3 (при оптимальном составе межпустотного материала). Исходные материалы: воскресенский цемент и ступинская зола. В качестве переменного фактора было взято три различных водотвердых отношения (В/Т) : 0,60; 0,70; 0,80. После каждых 8—10 циклон испытания определялся динамический модуль упругости. Данные по изменению динамического модуля упругости показали, что сю ветчина практически не изменяется в процессе проведения испытаний на морозостойкость до 200 циклов.

Образцы, имевшие структуру плохо го качества (В/7=0,6), сильно окрошились н были сняты с испытаний уже после 28 циклон. Образцы с В/7--0,65 были сняты с испытаний после 67 циклов, а с В/Т = 0,7 п 0,8 прошли 200 циклов замораживания и оттаивания, после чего имели коэффициент морозостойкости 0,09 н 0,62, потерю в весе 12,4 и 10,9% соответственно.

Данные по образцам, находившимся в естественных условиях (на крыше здания), также показали, что повышение качества пористой структуры при увеличении В/Т позволяет повысить атмосферостойкость ячеистого бетона. Действительно, образцы ячеистого бетона, имевшие плохое качество пористой структуры наполовину раскрошились, а образцы с хорошей структурой ие имели даже признаков разрушения, хотя те и другие изготовлены при одинаковом расходе цемента.

Влияние величины пористости или объемного веса на морозостойкость ячеистого бетона было исследовано на четырех сериях образцов объемного веса 0,6; 0,8; 1,0 г/м3 и из раствора (С=1; В/Т= =0,65). Измерения модуля упругости, проводившиеся через 8—10 циклов, показали, что при объемном весе 0,8 т/м3, так же как и при 0,6 т/м3, модуль упругости практически не изменяется (до 200 циклов).

Качественно другие результаты получены для объемного веса 1 т/м3. Величина динамического модуля упругости оставалась на одном уровне вплоть до 116 циклов после чего начала резко отличаться: с 77,6 и 75,9 т/см2 до 52,4 и 64,5 т/см2 после 130 циклов и До 31,1 и 19,8 т/см- после 144 циклов После 148 циклов образцы разрушились (рис. 1).



Более детальные исследования в этом направлении были проведены на 39 сериях образцов из ячеистого бетона объемных весов 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 1 и 1,2 т/м3 и раствора в диапазоне В/Т=0,40—0,75.

В таблице приведены выборочные данные по оптимальным В/Т для каждого объемного веса.

Приведенные данные подтверждают вывод о том, что уменьшение объемного веса ячеистого бетона приводит к некоторому повышению морозостойкости, что, по-видимому, связано с увеличением резервной пористости, которая приводит к ослаблению внутреннего давления замерзшей воды. Однако это повышение морозостойкости происходит лишь до определенного предела; дальнейшее понижение объемного веса приводит к сильному снижению морозостойкости. Наибольшей морозостойкостью характеризовались образцы объемного веса 0,6 т/м3.

Разрушение образцов в естественных условиях имело аналогичный характер. После пребывания на открытом воздухе в течение 2,5 лет образцы объемного веса 1,2 r/м3 разрушились растрескивания, а образцы объемных весов 0,8; 0 6 т/м3 — выкрашиванием с поверхности. Различные серии образцов отличались отношением кремнеземистого компонента к вяжущему (С): 0; 0,15; 0,5; I, 1,25, 1,5; 2.

Испытания образцов этих же составов на морозостойкость также показали, что оптимальным является состав при С= 1—1,25. С увеличением значения С до 2 снижается морозостойкость. Эти данные показывают, что морозостойкость и атмосферостойкость ячеистого бетона данного объемного веса при постоянном объемном весе и качестве пористой структуры определяется свойствами самого межпустотного материала.

Между прочностью ячеистого бетона и содержанием кремнеземистого компонента существует зависимость в виде кривой с максимумом. Величина С, соответствующая максимальной прочности, обеспечивает и наибольшую морозостойкость.

Сильное влияние на стойкость ячеистого бетона, помимо прочности межпустотного материала, оказывает степень его дефектности.

Выше уже отмечалось качественное различие в разрушении ячеистого бетона больших и малых объемных весов. Если у первых разрушение происходит путем раскалывания, то у вторых—трещины локализуются в мникрообъемах и разрушение происходит путем выкрашивания.

Результаты исследований режимов автоклавной обработки показали, что при резком подъеме давления пара за I ч разрушились образцы размером 20Х20x20 см из ячеистого бетона объемным весом 1,2 и 0,8 т/л3; при более мягком сбросе давления за 2 ч разрушились только образцы объемного веса 1,2 т/м3 н при сбросе за 3 ч все образцы остались целыми. Таким образом, в процессе автоклавной обработки происходит не только твердение образцов, но и образование в них микротрещин, которые при резком сбросе давления переходят в видимые трещины.

На основании этих предпосылок нами была высказана следующая гипотеза: уменьшение количества межпустотного материала в единице объема ячеистого бетона приводит, во-первых, к понижению вероятности образования дефектов (своеобразный масштабный эффект, связанный с количеством межпустотного материала), во-вторых, к частичной локализации развития трещии.

Физическим обоснованием этой гипотезы могут служить следующие соображения.

Ячеистый бетой имеет «врожденные» ефекты (сферические поры) и «приобретенные» дефекты, которые образуются в процессе твердения в виде мнкротрещин, рассеянных в межпустотном материале. Местное напряжение на краю отверстия (Sa ) превзойдет среднее напряжение примерно втрое, и прн нагрузке в одну треть от предельной в этом месте появится трещина. На се остром конце создается еще более высокая концентрация напряжения (Р), чем вызванная отверстием.

Таким образом, напряжение v края отверстия является суммой Sa +?- При росте трещины до величины b напряжение, вызванное концентрацией на конце трещины, остается равным Р, но напряжение, вызванное концентрацией напряжения у отверстия, будет равно Sb -С 5а Следовательно, по мере развития трещины концентрация напряжений уменьшается, а рост трещины после ее образования идет с замедлением. Если в процессе роста трещина попадает в новую сферическую ячейку, то получается трещина уже ;:е С острым, а с закругленным концом (сильное увеличение радиуса кривизны), что приводит к резкому снижению концентрации напряжений (с величины Р до S).