Главная » Справочник » Особенности формирования структуры и свойств бетонов » Высокопрочные бетоны и способы формирования их структуры

Высокопрочные бетоны и способы формирования их структуры

Прочность бетона характеризует способность материала сопротивляться разрушению от действия внутренних напряжений, возникающих под воздействием внешних факторов.

Материалы в сооружениях могут испытывать:

сжатие постоянное и переменное;
растяжение;
изгиб;
срез;
кручение и другие воздействия, в том числе и циклические.

Бетон хорошо сопротивляется сжатию, хуже – срезу, еще хуже – растяжению (от 5 до 50 раз), поэтому в погонажных конструкциях для восприятия растягивающих нагрузок конструкции армируют.

Как правило, в дорожных покрытиях, перекрытиях разных сооружений требуются бетоны с высокими прочностями при сжатии и растяжении при изгибе. Следовательно, при формировании прочности бетона следует обращать внимание в первую очередь на формирование структуры гидратных образований и прочность заполнителей, способных работать в строго определенных условиях.

Разрушение бетона может происходить только по ЦК или по ЦК и заполнителю при условии, что заполнитель используют с прочностью выше 100 МПа.

При прочности заполнителя в пределах 100–250 МПа ведется работа по повышению прочности цементного камня в бетоне за счет изменения его структуры и свойств.

При получении такой структуры мы должны обеспечить цементному камню:

высокую адгезию к заполнителям;
повышенную прочность при сжатии и изгибе;
стойкость к различным влияниям окружающей среды, в том числе и к различным циклическим воздействиям;
отсутствие напряжений в камне из-за кристаллизации и перекристаллизации гидросиликатных фаз.

Прочность бетона, при условии использования высокопрочных и долговечных заполнителей, зависит в основном от структуры цементного камня и его свойств, так как именно он объединяет все компоненты бетона в монолит.

Структура цементного камня и его свойства зависят от:

минералогического состава;
В/Ц отношения;
тонкости помола цемента;
условий приготовления и твердения бетона;
вида используемых добавок;
вида заполнителей и т. д.

На прочность бетона влияет структура цементного камня – амортизированная или закристаллизованная, находящаяся в метастабильном или в напряженном состоянии и т. д.

Процесс развития микротрещин определяется размером и числом дефектов, а также видом гидратных образований и прилагаемых нагрузок.

Дефекты возникают вначале в виде напряжений в кристаллитах гидратных фаз цементного камня, а затем происходит появление трещин и разрушение контактов в цементном камне бетона и на границе с заполнителями. Перекристаллизация приводит к образованию в цементном камне и бетоне трещин, что вызывает их разупрочнение и даже разрушение.

Большое влияние на процесс разрушения оказывает жидкая фаза в бетоне, она способствует растворению и выносу из цементного камня свободного гидроксида кальция, тем самым провоцируя:

изменение рН, перекристаллизацию и разрушение структуры цементного камня;
пластические деформации, миграцию сульфатов и других агрессивных ионов;
ползучесть;
ослабление структурных связей;
увеличение количества дефектов;
процессы перекристаллизации нестабильных фаз и так далее.

[/ads_custom_box

В итоге все это приводит к разрушению сформированной ранее структуры.

Следовательно, структура цементного камня должна быть представлена преимущественно стабильными, аморфизированными гидратными фазами и иметь:

высокое содержание гелевых и переходных пор;
малое количество свободной воды и значительное – адсорбционно связанной;
устойчивую к кристаллизации структуру цементного камня, как правило, это в большей степени обеспечивается низкоосновными гидросиликатными фазами типа С-S-H (I);
стойкий к выщелачиванию цементный камень, защищенный от проникновения в него агрессивных ионов, при оптимальном содержании свободного гидроксида кальция;
однородную структуру цементного камня и самого бетона;
вредные примеси не выше допустимых количеств.

Модифицировать структуру цемента можно с помощью добавок. Действие комплексных добавок состоит в улучшении микропластических свойств структуры, в уменьшении размеров первичных гидратных фаз и порового пространства – все это повышает вязкость разрушения, трещиностойкость и прочность материала в целом.

Модифицирующие структуру и свойства добавки должны нейтрализовать действие вредных примесей или повышать стойкость образованной структуры материала к любым воздействиям среды.

Наиболее эффективный путь увеличения прочности и долговечности цементного камня – создание мелкодисперсной, равномерной структуры из слоистых, аморфизированных ГСК, стойких к действию слабощелочной среды. Это, как правило, магматические горные породы и гидратные фазы цементного камня, содержащие SiO2 в больших количествах.

Предыдущая статья Виды коррозий Следующая статья Вяжущие для жаростойкого бетона

Статьи по теме