Объемные деформации материалов при производстве бетона

Объемные деформации твердеющего в воде портландцементного камня сводятся к небольшому увеличению его объема, именуемому набуханием. Набухание, связанное с увеличением толщины водных оболочек главным образом в субмикрокристаллах геля, происходит в период, когда кристаллический сросток не приобрел еще достаточной прочности. С момента образования прочного сростка деформациям набухания оказывается значительное препятствие, и они практически прекращаются. При твердении некоторых видов вяжущих как на строительных объектах, так и на бетонозаводах, вместо деформации усадки наблюдаются деформации расширения. К таким вяжущим относятся, прежде всего, гипс, а также специальные виды расширяющегося и безусадочного цементов. Способность цементов в процессе твердения расширяться может быть с успехом использована в ряде случаев (например, для уплотнения при замоноличивании стыков, для повышения водонепроницаемости). Образующийся, в процессе гидратации портландцемента, в присутствии гипса гидросульфоалюминат кальция, обладает способностью значительного расширения при твердении. На этом свойстве основано применение расширяющегося цемента и производство пенобетона. Цемент этот трехкомпонентный, он состоит из смеси отдельно приготавливаемого гидроалюмината кальция, гипса и глиноземистого цемента.

 

В зависимости от дозировки компонентов при перемешивании в бетоносмесителях могут быть получены цементы слабо расширяющиеся, безусадочные (с линейным расширением в бетоне до 0,1%) и сильно расширяющиеся, вызывающие увеличение линейных размеров изделий до 1 %. Объемные деформации при твердении гипсового вяжущего и молотой негашеной извести в основном аналогичны происходящим в цементе. В первый период после затворения и до начала схватывания, так же как и в портландцементе, имеют место объемные деформации, связанные с явлениями контракции. Однако с началом схватывания твердеющего гипсового раствора или бетона объем их несколько увеличивается, что связано также со значительным выделением тепла гидратации. Возможные деформации обязательно учитываются при заливке бетонной смеси в опалубку. При твердении гипсовых отливок на воздухе имеет место небольшое конечное увеличение их линейных размеров по сравнению с первоначальными (примерно на 0,3%). При твердении же гипсовых отливок в сушильных камерах размеры готовых изделий немного уменьшаются по сравнению с первоначальными (усадка). Величина этой усадки зависит от температуры сушки: при +50° конечная величина усадки составила примерно 0,12%, а при +70° - примерно 0,40%. При гидратации и твердении молотой негашеной извести наряду с явлениями контракции наблюдается и некоторое расширение системы. По Б. В. Осину, это расширение объясняется увеличением объема твердой фазы (как известно, молекулярный объем гидрата окиси кальция на 98% больше объема СаО, что приводит к приращению объема пор в системе), а также значительным выделением тепла гидратации.

 

Эти деформации наблюдаются в связи с разогревом бетона теплом экзотермической реакции гидратации цемента и последующим остыванием нагретого бетонного элемента. Количество тепла, выделяемого в результате экзотермической реакции, зависит от минералогического состава, содержания отощающих микронаполнителей, тонкости помола и от количества цемента в бетоне. Экзотермический эффект и разогревание бетона зависят также от того, насколько интенсивно и концентрированно во времени развиваются процессы гидратации цемента и тепловыделения. Термические же напряжения определяются интенсивностью охлаждения бетонного элемента, что связано с его размерами (поверхностью охлаждения) и температурой окружающей среды. Для портландцемента среднего минералогического состава величину полного тепловыделения к 28-суточному возрасту нормального твердения при +15 - 20° можно принимать в среднем от 60 ккал/кг цемента (для марки 500) до 120 ккал/кг цемента (для марки 600). Тепловыделение к 3-суточному возрасту составляет около половины, а к 7-суточному немного более 2/3 от тепловыделения к 28-суточному возрасту. Смешанные цементы (шлако-портландские, пуццолановые, портландские) характеризуются пониженным тепловыделением.