Строительные материалы и изделия

Особые свойства бетона

Ф Высокая плотность бетона достигается рациональным подбо­ром зернового состава заполнителей (с минимальной пустот­ностью), применением бетонных смесей с низким водоцементным отношением, интенсивным уплотнением, введением в бетонную смесь добавок (см. § 6.2). Даже выполнение указанных меро­приятий не дает возможности получить абсолютно плотный бетон. Поры в бетоне образуются в результате испарения воды, не вступившей в химическую реакцию с цементом при его тверде­нии, а также вследствие неполного удаления воздушных пузырь­ков при уплотнении бетонной смеси. Поэтому бетон является материалом газопроницаемым.

• Водопроницаемость бетона характеризуется небольшим дав­лением воды, при котором она еще не просачивается через образец. Плотный бетон при мелкопористой структуре и доста­точной толщине конструкции оказывается практически водоне­проницаемым. По водонепроницаемости бетон делят на шесть марок: В2, В4, Вб, В8, В10 и В12, выдерживающих соответствен­но давление 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 и 1,2 МПа. В более тонких конструкциях добиваются высокой водонепроницаемости бетона использованием гидрофобного цемента, а также применением водоизоляционных покрытий, наносимых на поверхность пневма­тическим способом (торкретированием).

Плотный бетон может быть непроницаем не только для воды, но и для жидких нефтяных продуктов вязкой консистен­ции — мазута и тяжелой нефти. Легкие средние нефтяные фрак­ции, например бензин и керосин, проникают через бетон легче, чем вода. С целью защиты бетонных и железобетонных соору­жений, предназначенных для хранения тяжелых нефтепродуктов, поверхности сооружений покрывают жидким стеклом, а от проникания легких и жидких нефтяных продуктов (бензина, ке­росина и др.) применяют специальные бензинонепроницаемые мембраны, поверхностные покрытия — пленки из пластмасс — или изготовляют бетон на непроницаемом для указанных жид­костей расширяющемся цементе.

« Морозостойкость бетона характеризуется наибольшим чис­лом циклов попеременного замораживания и оттаивания, кото­рые способны выдерживать образцы 28-суточного возраста без снижения предела прочности при сжатии более чем на 25% и без потери в массе более 5%. Морозостойкость является одним из главных требований, предъявляемых к бетону гидротехниче­ских сооружений, дорожных покрытий, опор мостов и других подобных конструкций. Морозостойкость бетона зависит от его структуры. Для конструкций, подверженных в увлажненном сос­тоянии попеременному замораживанию и оттаиванию, установле­ны следующие марки по морозостойкости: F50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600. Марку бетона по морозостойкости выбирают в зависимости от климатических условий (числа перемен уровня воды на омываемой поверхности бетона или числа смен замора­живания и оттаивания за зимний период). Морозостойкими оказываются, как правило, бетоны высокой плотности. Способы получения таких бетонов рассмотрены ранее. Не менее важную роль в морозостойкости бетона играет морозостойкость заполни­телей. Марка заполнителей по морозостойкости должна быть не ниже этого показателя для бетона.

• Бетон под нагрузкой ведет себя иначе, чем сталь и другие упругие материалы. Область упругой работы бетона идет от на­чала нагружения до напряжения сжатия, при котором по грани­це сцепления цементного камня с заполнителем образуются микротрещины, при дальнейшем нагружении микротрещины образуются уже в цементном камне и возникают пластические неупругие деформации бетона. Развитию пластических дефор-

маций способствует также ге­левая составляющая цемент­ного камня. Бетон ведет себя как упруговязкопластическое

тело.

Опытами установлено, что при небольших напряжениях и кратковременном нагружении для бетона характерна упругая деформация. Если напряжение превосходит 0,2 от предела прочности, то наблюдается за­метная остаточная (пластиче-

йтносительная деформация Z-M/L. ская) деформация (рис. 6.13).

Полную деформацию можно Рис. 6.13. Кривая «напряжение— представить как сумму упругой деформация» бетона и пластической деформаций

(Єпл + Єупр). Поэтому диаграм­ма деформирования (зависимость напряжения а от относитель­ной деформации є) не прямолинейна, для каждого напряжения существует свой модуль упругости. Принято за начальный мо­дуль упругости бетона при сжатии и растяжении принимать от­ношение нормального напряжения к относительной деформации при значении напряжения не более 0,2 от предела прочности. Следовательно, начальный модуль упругости представляет собой тангенс угла наклона касательной ОА и, следовательно, £.,= =0,2R/so,2r - Для других точек кривой, лежащих за указанной границей, модуль деформаций является переменной величиной, равной отношению соответствующего напряжения к полной деформации.

Начальный модуль упругости растет при увеличении прочно­сти бетона и уменьшается с увеличением пористости бетона. При одинаковом классе бетона модуль упругости легкого бетона на пористом заполнителе в 1,7...2,5 раза меньше тяжелого бето­на. Модуль упругости ячеистого бетона еще ниже. Модули упругости бетона при сжатии и растяжении принимают равными между собой.

Коэффициент Пуассона р бетона изменяется в довольно узких пределах 0,13...0,22 и в среднем равен 0,167. Модуль деформаций легких бетонов на пористых заполнителях примерно в два раза меньше, чем у равнопрочных тяжелых бетонов, повышение предельной деформации бетона увеличивает его трещиностой­ко сть.

Ползучесть — явление увеличения деформаций бетона во времени при действии постоянной нагрузки. Полная относитель­ная деформация бетона при длительном действии нагрузки сла­гается из его начальной упругой и пластической деформации ползучести. Ползучесть проявляется при всех видах деформации. При растяжении бетона она в 1,5 раза выше, чем при сжатии.

Ползучесть бетона объясняют пластическими свойствами влаж - н0го цементного геля, а также возникновением и развитием микротрещин. Ползучесть зависит от вида цемента и заполните - дей, состава бетона, его возраста, водоцементного отношения, влажности и условий твердения. Меньшая ползучесть у бетонов на высокомарочных цементах и плотных заполнителях. Легкие бетоны на пористых заполнителях имеют большую ползучесть, чем тяжелые.

В процессе твердения происходят объемные изменения бетона. Твердение бетона на воздухе, за исключением бетонов на безуса­дочном и расширяющемся цементах, сопровождается уменьше­нием объема, т. е. усадкой. При твердении бетона в воде вначале объем его несколько увеличивается и в воздушно-сухих условиях бетон дает усадку. Значительную усадку имеют бетоны из жид­ких смесей (с большим расходом цемента, а также водо­цементным отношением). Наибольшая усадка в бетоне происхо­дит в начальный период твердения — за первые сутки она сос­тавляет до 60...70% от месячной усадки. Объясняется это тем, что в указанный период особенно интенсивно обезвоживается тесто вследствие испарения и поглощения влаги гидратирующи­мися зернами цемента. В результате обезвоживания частицы сближаются между собой и цементный камень дает усадку.

Объемные изменения в бетоне в первый период твердения вызываются расширением от нагревания (иногда до 50 °С внутри массивных конструкций) в результате экзотермических реакций цемента с водой. Объемные изменения бетона могут вызвать значительные деформации конструкций и даже появление тре­щин. Для предотвращения их в массивных бетонных конструк­циях устраивают специальные температурные швы. Чтобы умень­шить экзотермию бетона, применяют цементы с малым выделе­нием тепла. Величина усадки бетона на портландцементе зависит от минералогического состава и тонкости помола цемента. Усад­ка бетона возрастает с увеличением тонкости помола цемента. • Агрессивная среда и меры защиты от нее. Практика эксплуа­тации водопроводно-канализационных бетонных сооружений показала, что в ряде случаев под влиянием физико-химического действия жидкостей и газов бетон может разрушаться. Коррозия бетона вызывается главным образом разрушением цементного камня. Физико-химические процессы, происходящие при корро­зии цемента, изложены в гл. 5. Коррозия бетона возникает в ре­зультате проникания агрессивного вещества в толщу бетона, и она особенно интенсивна при постоянной фильтрации такого вещества. Поэтому основной мерой предохранения бетона от кор­розии является придание ему возможно большей плотности и правильное конструирование элементов сооружений, обеспечи­вающее равномерную (без образования трещин) деформацию бетона в процессе твердения.

Для предохранения бетона от коррозии следует применять Цементы с минимальным выделением гидроксида кальция и малым содержанием трехкальциевого алюмината. К таким це„ ментам относятся высокопрочный портландцемент, портландце. менты с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент глиноземистый и расширяющийся цементы. С целью устранения пор в поверхностных слоях бетона применяют импрегнирование в бетон цементного раствора, силикатирование, флюатирование Защитить бетон от проникания агрессивных веществ можно с помощью поверхностных покрытий, облицовки ИХ ПЛОТНЫМИ керамическими плитками или камнями, выложенными на кисло­тоупорном цементе, созданием водонепроницаемой оболочки во­круг бетона из слоя жирной утрамбованной глины, покрытия гидроизоляционными битуминозными материалами и др. ф Отношение к действию высоких температур. Бетон — огне­стойкий материал, выдерживающий высокие температуры во время пожара. Огнестойкость бетона позволяет применять его для устройства дымовых труб промышленных печей, их фунда­ментов.

Огнестойкость бетона зависит не только от вида цемента, но и природы заполнителей. Если в качестве заполнителей применяют горную породу, в состав которой входит кристалличе­ский кварц, то при температуре около 600 °С в бетоне могут появиться трещины вследствие значительного увеличения объема кварца.

При проектировании бетонных конструкций, подвергающихся длительному воздействию температур, необходимо учитывать, что при температуре 150...250 °С прочность бетона на портландце­менте снижается на 25%. При нагревании бетона выше 500 °С и последующем увлажнении он разрушается. Вначале проис­ходит дегидратация гидроксида кальция СА(ОН)г ->СаО + 4- НгО, а затем при последующем увлажнении образовавшаяся СаО гасится с увеличением в объеме, что приводит к разрушению цементного камня и бетона.

Для строительных конструкций, подвергающихся длительному воздействию высоких температур (свыше 200 °С), применяют специальный жаростойкий бетон.