Основы ФИЗИКИ БЕТОНА

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОРИСТОСТИ И ПЛОТНОСТИ ЦЕМЕНТНОГО ГЕЛЯ

Ранее было показано, что цементный гель представ­ляет собой связанную систему, состоящую из обводнен­ных частиц и флокул, между которыми могут находить­ся как газовая, так и жидкая фаза. Суммарный объем адсорбированной и межзерновой жидкости или воздуха определяет объем пор цементного геля, изменяющийся в относительно широких пределах в зависимости от зна­чений X и приложенного к цементному гелю внешнего нормального давления, способствующего сближению зе­рен твердой фазы.

Характеристикой плотности цементного геля может служить его пористость; ее легко использовать при опре­делении различных технологических и физико-механиче­ских свойств не только цементного геля, но и его произ­водной — цементного камня, а также бетона.

Выделим некоторый объем цементного геля Vr и обо­значим объем межзернового пространства в нем через Уп, а объем твердой фазы через Уц. Тогда очевидно, что

Vr = V4 + Fn, (3.1)

Отношение

Ти = VJVr

Выражает собой объем пор в единице объема цементного геля, т. е. его пористость, а отношение

Тц = Уц/Уг.

Характеризует собой объемное содержание части цемен­та в единице объема цементного геля (фазовый объем скелета). Этот параметр можно рассматривать как объ­емный аналог плотности цементного геля, т. е. общую плотность.

Очевидно, что

MJX + mn = VJX/Vr+Vn/Vr^.

В последующем не трудно убедиться, что в технологи­ческих расчетах удобнее выражать объем пор через ко­
эффициент пористости ег, равный отношению объема пор к объему, занятому частицами твердой фазы, т. е.

ЕР = Уп/Уц, (3.2)

В таком случае можно записать, что

Уи ег

(3.3)

Vn + Уц 1'+еР' Отсюда, учитывая зависимость (3.1), имеем:

TOC o "1-3" h z Vn^-J^VV, (3.4)

1 + ег

Vn = Vr-Vn = Vr - T-^Z—Vr = 1

Следовательно:

ТГ = — = тт— ; (З-5)

Vr 1 + 8Г

Тц-—= —— . (3.6)

Кг 1 + 8Г

Величины 8Г и тТ могут быть вычислены по технологи­ческим параметрам цементного геля из следующих со­отношений:

Объем пор равен

= — + W, (3.7)

Рш

Объем твердой фазы

Уц = Ц/рИ. (3.8)

Подставив (3.7) и (3.8) в отношение (3.2), получим

Множитель в скобках соответствует второму слагае­мому в уравнении контракционного объема цементного геля (1.14), в связи с чем можно написать

8г = Ри Кн. г (X — 0,292). (3.10)

Имея в виду, что (X—0,292) = Х/ржц ХКн. г =(В/Ц)Г, На основании (3.10) получим

Вг=7-Ря (В/Ц). (3.11)

Рш

Значения ег, вычисленные по формуле (3.11) для наиболее часто используемых цементов, приведены в табл. 3.1.

Судя по данным табл. 3.1, значения коэффициентов пористости в интервале X от 1 до 1,65 зависят в значи­тельной мере от водопотребности цемента: при одном и том же X величина 8Г тем больше, чем выше Кн. г, косвен­но отражающая водопотребность цемента. Зная величи­ны 8Г, легко вычислить по формуле (3.5) значения порис­тости цементного геля.

Перепишем (3.11) относительно (В/Ц)т:

(Я/д)г= (3.12)

Ри

Любопытно отметить, что аналогичное выражение используют в механике грунтов при определении массо­вой влажности (MB), под которой подразумевается от­ношение массы воды QB к массе твердых частиц QT в не­котором объеме грунта.

В случае полного водонасыщения грунта объем воды V в единице геометрического объема грунта Vrp равен объему пор Уп. г, т. е. VB = Vu.R- Обозначив через рт сред­нюю удельную массу всех зерен в некотором объеме грунта, достаточно большом по сравнению с размерами отдельных его зерен, а через рв — удельную массу воды в порах грунта, можно написать:

„„ Яв ^вРв vB vn. r Рв п Рв МВ= — =------------- = = ST ет ,

<7т ут9т уп. т Ft Рт Рт

VE

Где величина Sj=---------- называется степенью водонасы-

^п. г

Щения. Для полностью водонасыщенных грунтов ST=1, а поэтому массовая влажность такого грунта равна

МВ = (8трв)/рт. (3.13)

Сравнивая (3.12) и (3.13), замечаем, что эти зависи­мости отличаются лишь тем, что в (3.13) величина рв не учитывает влияние плотности связанной воды, так как на зернах песка она мало отличается от 1. Отсюда мож­но сделать вывод, что (В/Ц)т выражает собой массовую влажность цементного геля и косвенно характеризует его пористость,

Ma этом основании объемную массу цементного геля можно определить через коэффициент пористости ег, для чего преобразуем формулу (1.25):

Ри (1 +ХКн. г) Тг= .

Рж

Согласно (3.11), второе слагаемое в знаменателе дроби равно 8Г. Тогда получаем

Тг=Рн(1+ХКн. г) ■■ (3.14)

1 8Г

При Х=0 определим объемную массу цемента или мас­су цемента в 1 м3 цементного геля:

?д. р = Ри/(1 + ег). (ЗЛ5)

Если известна масса цемента Ц, можно вычислить его объем в цементном геле:

Уц. г = Ц/уц. г. (3.16)

Подсчеты по формулам (3.15) и (3.16) полностью совпадают с результатами, получаемыми по уравнению для определения контракционного объема цементного геля (1.18).

Формулу (3.11) можно получить и другим путем, вы­разив степень водонасыщенности цементного геля отно­шением, используемым для грунтов, а именно:

Sr=VB/Vn.T.

Предположив, что V уп<г=-iiL. и подста-

Рж 1+ег

Вив эти значения в 5Г, получим

Рж 8Г

Согласно (3.15), ри=уЦ. г(1+ег), в связи с чем можно написать

Рж 8Г

Если все пространство между частицами цемента запол­нено водой —Sr— 1, то в этом случае

В Ри

Ц Рж 8Г

Отсюда

1 В

Ег = — Ри — .

Рж ц

Из приведенного следует, что в структурном отноше­нии цементный гель имеет много общего с водонасыщен - ными высокодисперсными грунтами, например такими, как глина, суглинки и др.