Основы ФИЗИКИ БЕТОНА

Взаимодействие зерен щебня (гравия) и песка с водой

Общая пористость зерен песка, гравия и щебня под­разделяется на микро - и макропористость. В основу это­го деления положен размер самих пор; под микропорами понимается сечение пор размерами менее 1 мм, под макропорами — более 1 мм. Среди микропор выделяют ультракапиллярные (субкапиллярные), диаметр которых меньше 0,1 мкм. В ультракапиллярных передвижение воды под действием капиллярных сил затруднено или вовсе не происходит, так как поры диаметром меньше 1 мкм при смачивании полностью заполняются водой, ко­торая прочно удерживается в них.

Обычно принято считать, что если поры, заполненные воздухом, соединяются с наружной атмосферой, то они являются открытыми; закрытые же поры представляют собой систему, изолированную от атмосферы. В связи с этим при выборе, например, заполнителей для водоне­проницаемых бетонов предпочтение отдают тем породам камня, в которых преобладают замкнутые поры. Такой подход к определению пригодности заполнителей для бе­тона (в основном гидротехнического) обусловлен тем, что породы с замкнутыми порами менее проницаемы для

ТАБЛИЦА 6.6. ПОРИСТОСТЬ И СТЕПЕНЬ ЗАПОЛНЕНИЯ ВОДОЙ ПОР НЕКОТОРЫХ КАМЕННЫХ ПОРОД (ПО ДАННЫМ М. 3. СИМОНОВА)

Степень заполнения пор

Водой, % от объема пор

Средняя пористость

Порода

При свобод­ном насыще­нии

При насыще­нии под ваку­умом

Сиенит

0,005

40—52,3

86,2

Обсидиан

42,5—54,2

Граниты

0,012

87,8

Известняк

0,0127

47,3-58,4

98,6

Песчаники

От 0,05 до 0,40

53,2—63,5

98,4

Известняковый туф

0,25

61,1—74,8

93,8

Анийская пемза

0,662

33,5—45,1

87,5

Литоидная пемза

0,40

44,5-83,8

97,8

Аванский туф

0,38

62—79,5

98,2

Артикская туфолава

0,577

62,6—85,1

90,7

Воды, а следовательно, и более морозоустойчивы. В дей­ствительности же поры в каменных материалах являют­ся сообщающимися, и представление об их замкнутости сложилось по той причине, что водопоглощение всегда меньше пористости.

Экспериментально установлено, что поровые каналы в каменных материалах являются сообщающимися — незамкнутыми (табл. 6.6).

При насыщении каменных пород водой без вакууми- рования в среднем только 60% пор заполняются водой, в то время как при насыщении водой тех же образцов под вакуумом (разрежение 500—600 мм рт. ст.) водопо­глощение возрастает в среднем до 90%. При большем разрежении степень заполнения пор водой может быть доведена до 100%, т. е. все поры окажутся заполненны­ми водой. Неполное водонасыщение испытанных образ­цов каменных пород объясняется не замкнутыми поро - выми каналами, а наличием в них защемленного воздуха.

При увлажнении каменной породы поровые каналы заполняются неравномерно в связи с тем, что высота и скорость капиллярного поднятия воды в них обусловли­ваются в первую очередь величиной и характером сече­ния пор (табл. 6.7).

Известно, что кинетика переноса массы поглощенного вещества в капиллярно-пористых телах определяется

ТАБЛИЦА 6.7. ПОДЪЁМ ВОДЫ В КАПИЛЛЯРАХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАДИУСА ПОРОВЫХ КАНАЛОВ (ПО ДАННЫМ АТТЕРБЕРГА)

Высота капиллярного поднятия Нк, см

Скорость капиллярного поднятия 1>к, см/ч, при суточном водонасыще­нии

Радиус капилляров, мм

Н о о н о Я (X

За 24 ч

За 48 ч

Макси­мальное значение

Время дости­жения макси - мальной вы­соты сут

0,115—0,123 0,027—0,031 0,015

41,8 40,4 41

11.5

37.6 53

12.3 39,6

57.4

13,1 42,8 105,5

1 8

72

0,48 1,57 2,21

Вектором (равным по величине разности капиллярных потенциалов), направленным от меньшего к большему потенциалу. Так, в коническом капилляре жидкость дви­жется в сторону узкого его конца, а в системе цилиндри­ческих капилляров движение жидкости происходит от капилляров с большим радиусом к капиллярам с мень­шим. Этим же объясняется, что высота HH и линейная скорость капиллярного поднятия воды возрастают с уменьшением радиуса сечения поровых каналов (табл. 6.7).

При средней кривизне мениска (1/рк) капиллярный потенциал 4Vn по аналогии с потенциалом поля тяже­сти выражается зависимостью

2<тж 1

"Фк. п =------------ . (6.13)

Рж Рк

А линейная скорость движения жидкости при поверхно­стном натяжении аж в элементарном капилляре радиу­сом гк и длиной /к описывается формулой большим гидростатическим давлением. Влияние воздуш­ных пузырьков, перекрывающих сечения капилляров, сказывается и на отклонении фильтрационных законо­мерностей от закона Дарси. Дело в том, что фильтраци­онный расход q возрастает быстрее, чем градиент давле­ния, что выражается криволинейной зависимостью q = =Fg(DP/DiK).

Основная причина этого — сжатие воздушных пу­зырьков, перекрывающих пути фильтрации воды. Воз­душный пузырек, защемленный в поровом канале, дей­ствует подобно клапану: при повышенном давлении воздух сжимается и открывает проход воде. Воздушный пузырек, находясь в искривленных местах порового ка­нала, прижимается к нему под давлением воды и удер­живается у стенок канала молекулярными силами.

Воздушные пузырьки могут находиться не только в поровых каналах каменной породы, но и в воде, которая насыщает породу. Для продвижения воды, содержащей пузырьки воздуха, через капилляры требуется гораздо большее давление, чем при движении дезаэрированной воды, так как необходимо преодолеть не только ньютонов­ское трение в жидкости, но и дополнительное сопротив­ление от воздушных пузырьков, возникающее при их проталкивании через суженные сечения каналов.

Из приведенного следует, что поглощение воды раз­личными каменными породами определяется плотностью их структуры — формой и сечением поровых каналов, поэтому плотные горные породы поглощают меньше во­ды, чем пористые, например туфы, пемза, аглопорит, ке­рамзит и т. п.

Общее водонасыщение В3 зерен различной крупности определяется количеством воды, заполняющей структур­ные поры Впор и адсорбирующейся на поверхности зе­рен— ВАД. Величину В3 различных видов песка устанав­ливали по следующей методике: навеску сухого песка массой 60—100 г помещали на сутки в сосуд с водой, затем ее извлекали и клали на фильтровальную бумагу, которая отсасывала с поверхности зерен слабосвязанную воду. Форму и рельеф поверхности зерен различных фракций песка фиксировали через микроскоп, а подсчи­танное их количество визуально уточняли по кривым статистического распределения.

Количество адсорбированной воды определяли по толщине водных пленок на зернах кварцевого песка и

ТАБЛИЦА 6.8. ТОЛЩИНЫ ПЛЕНОК НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕРЕН ПЛОТНЫХ ПЕСКОВ (ПО ДАННЫМ М. Г. ЭЛБАКИДЗЕ)

Кварцевый (Вольский)

Искусственный (стеклянный)

Средний размер зерен

<*ср' мм

Водопог- лощение по опыт­ным дан­ным

Удельная поверх­ность, СМ2/Г

Толщина пленки,

МКМ

Водопог - лощение по опыт­ным дан­ным

Удельная поверх­ность, см2/г

Толщина пленки, мкм

1,6 0,9 0,45 0,23

0,00758 0,0132 0,0265 0,0504

18,5 33 66 129

4,1

4 4

3,9

0,0098 0,022 0,0361 0,0697

22,2 39,4 80 154

4.4 5,6

4.5 4,5

Стеклянных шарах различного диаметра и их удельным поверхностям (табл. 6.8).

Общее водопоглощение плотных песков определяется главным образом удельной поверхностью зерен: чем мельче зерна, тем больше их удельная поверхность и значительнее адсорбционная способность.

В пористых песках содержание воды, поглощаемой порами, возрастает с крупностью зерен и почти для всех фракций превосходит количество воды, адсорбирующей­ся на поверхности. Водопоглощение пористых песков определяется главным образом водопоглощением порами. При этом общее водопоглощение для всех фракций песка данного вида практически одинаково.

Водопоглощение щебня и гравия определяли по та­кой же методике, что и для песка — на зернах шарооб­разной формы. В опытах были применены шары из стекла и гранита, а также естественный гравий, близкий по форме к шару. Образцы вымачивали в воде в тече­ние суток, затем тщательно обтирали фильтровальной бумагой до приобретения поверхностью естественной окраски (без блеска). Затем по массе воды, содержав­шейся в зернах, определяли водопоглощение порами. В дальнейшем те же зерна помещали вновь в воду на 15 мин и после того, как стечет вода, повторно взвешива­ли. По приращению массы определяли объем пленочной воды на поверхности зерен.

Толщину пленочной воды устанавливали делением объема ее на удельную поверхность шара соответствую­щего диаметра (табл. 6.9).

ТАБЛИЦА 6.9. ЗАВИСИМОСТЬ ТОЛЩИНЫ АДСОРБИРОВАННОЙ ВОДЫ ОТ КРУПНОСТИ ЗЕРЕН

Материал шара

Диаметр шара, мм

60

40

20

10

Толщина пленки, мкм

Стекло Гранит

Песчаник (гравий)

25 22

22,3

20 18,2 19,48

18

17

18

16

14,5 15

Из табл. 6.9 следует, что толщина водной пленки на гравии и щебне намного больше, чем на зернах песка, и колеблется в зависимости от диаметра шаров от 25 до 16 мкм. Такие толстые водные оболочки не обладают упругостью сдвига и по своим физическим свойствам вода, адсорбированная на поверхности крупных зерен, должна считаться гравитационной. Если шар, смоченный водой, подвесить, то с течением времени вода с поверх­ности стечет и образует в нижней части шара каплю, подвешенную к шару. Объем подвешенной (гравитаци­онной) воды был определен по приращению массы высу­шенной фильтрованной бумаги; для гравийных зерен диаметром 10—60 мм объем подвешенной воды состав­ляет примерно 50—60% объема воды, адсорбировавшей­ся на поверхности, для щебня (гранитного) этот объем значительно меньше — 20—25%. В результате образова­ния подвешенной воды толщина пленки достигает при­мерно 5—10 мкм. Для расчетных целей толщина пле­ночной воды на зернах крупностью от 10 до 60 мм мо­жет быть принята в среднем 18 мкм.

Результаты экспериментального определения водопо- глощения некоторых характерных видов песка, щебня и речного гравия сведены в табл. 6.10 и 6.11. Для сравне­ния приведены экспериментальные данные, характеризу­ющие общее водопоглощение различных песков по раз­ности количеств воды, требуемой для приготовления раствора на Вольском песке состава 1 : 3 и цементного геля нормальной густоты (рис. 6.5).

Сопоставляя табл. 6.10 и рис. 6.5, можно видеть, что результаты определения разными методами общего во - допоглощения песков хорошо совпадают между собой. Водопоглощение щебня и гравия плотных каменных по­род возрастает с уменьшением крупности зерен, однако

Рис. 6.5. Водопоглощение различных фракций песка (по И. А. Ки­риенко)

В меньшей мере, чем песка. Для щебня из пористых ка­менных пород с уменьшением размера зерен общее во­допоглощение почти не изменяется. Следовательно, водо­поглощение пористых заполнителей, применяемых в легких бетонах, с достаточной точностью может быть оценено по среднему значению водопоглощения песка и щебня.

Основы ФИЗИКИ БЕТОНА

УСАДКА И ПОЛЗУЧЕСТЬ БЕТОНА

EK-w ,мпа 6 0,8761 /,3 1 1,651,7 Хост При твердении цементного геля внутри образующих­ся кристаллов молекулы воды группируются вокруг ио­нов кальция и других минералов; их количество растет С увеличением давления …

ЗАВИСИМОСТЬ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ БЕТОНА ОТ ЕГО СОСТАВА И УПРУГИХ СВОЙСТВ ЗАПОЛНИТЕЛЯ

При проектировании железобетонных конструкций учитываются не только прочностные, но и деформатив - ные свойства бетона, которые в значительной степени предопределяются модулем его упругости Модуль упругости бетона Е& обычно вычисляют по …

ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА

Прочность бетона при сжатии зависит при данной ак­тивности цемента от механических и деформативных свойств цементного камня и заполнителя, концентрации их в единице объема материала, прочности сцепления, а также от формы …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.